Методология научных исследований в сварке

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

И.Ю. Летягин, Е.М. Федосеева

МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СВАРКЕ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2015

УДК 621.791:001.8(075.8) Л52

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор Е.А. Кривоносова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. воен. наук, доцент Д.М. Цимберов (Пермский военный институт внутренних войск МВД России)

Летягин, И.Ю.

Л52 Методология научных исследований в сварке : учеб. пособие / М.Ю. Летягин, Е.М. Федосеева. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 142 с.

ISBN 978-5-398-01432-7

Рассмотрены основы научных исследований и их методология, использование теории погрешностей, метрологии, теории обработки экспериментальных данных, планирования многофакторного эксперимента, метода анализа размерностей, практической номографии.

Предназначено для студентов и аспирантов очной и заочной формы обучения сварочных специальностей вузов и может быть полезно для инженеров.

УДК 621.791:001.8(075.8)

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДОЛОГИИ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ, ХАРАКТЕРЕ И ОСОБЕННОСТЯХ

НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Методология научного познания

Методология – учение о структуре, методах, средствах и логической организации деятельности. Методология научного познания – учение о формах, принципах построения и способах научнопознавательской деятельности.

Методология науки дает характеристику компонентов научного познания:

–объекта познания;

–предмета анализа;

–задач исследования (или проблем);

–комплекса исследовательских средств;

–последовательности действий исследователя в процессе решения задачи.

В какой бы области ни проводились исследования, им присущ некоторый общий порядок:

1. Постановка задачи, проблемы.

2. Предварительный анализ имеющейся информации, условий

иметодов решения задач данного класса.

3.Выдвижение гипотез, новых научных и технических решений.

4.Планирование и организация натурного или теоретического эксперимента.

5.Проведение эксперимента.

6.Анализ и обобщение полученных результатов.

7.Проверка исходных гипотез на основе полученных фактов.

8.Окончательная формулировка новых фактов и законов.

Это лишь общая схема исследований, которая может видоизменяться в зависимости от имеющихся исходных данных и от конкретных целей исследований.

5

Вкаждом научном исследовании можно выделить два основных уровня:

1) эмпирический, на котором происходит процесс восприятия, установления и накопления фактов;

2) теоретический, на котором достигается синтез знания, проявляющийся чаще всего в виде создания научной теории.

Всвязи с этим общенаучные методы исследования можно разделить на следующие группы:

– методы эмпирического уровня,

– методы теоретического уровня,

– методы комплексного (эмпирического и теоретического уровней) исследования.

1.2.Методы эмпирического уровня исследования

Косновным методам эмпирического уровня исследования относятся измерение, эксперимент и наблюдение.

Наблюдение – организованное и целенаправленное восприятие объекта исследования. При наблюдении непосредственного воздействия наблюдателя на объект исследования не происходит. При наблюдении могут применяться различные приборы и инструменты.

Чтобы наблюдение дало результаты, к нему предъявляются следующие требования:

– наблюдение проводится для определенной, четко сформулированной задачи;

– при наблюдении в первую очередь рассматриваются интересующие исследователя стороны явления;

– наблюдение должно быть активным;

– при наблюдении производится поиск нужных объектов или определенных черт явления.

Проводить наблюдение необходимо по заранее продуманному плану. Результаты наблюдения дают не только первостепенную информацию об объекте исследования, но и в ряде случаев могут привести к открытиям. В связи с этим одним из важных качеств исследователя является наблюдательность.

6

Измерение – действие, заключающееся в определения численного значения характеристик исследуемых объектов (массы, скорости, температуры и т.д.). Измерение выполняется с использованием соответствующих измерительных приборов.

В результате высококачественных измерений возможно зафиксировать факты или сделать эмпирические открытия, позволяющие изменить взгляды в какой-либо области знаний. Измерение не всегда является абсолютно точным. Поэтому при проведении измерений большое значение придают погрешности измерений, т.е. стремятся ее определить и уменьшить.

Эксперимент – последовательность операций, воздействия и наблюдений, имеющих целью получение информации об объекте в ходе исследовательских испытаний. Обычно эксперимент используют на заключительных стадиях исследования, применяя его как инструмент для проверки истинности теории и гипотез, а также как источник новых теоретических положений. Игнорирование результатов эксперимента или отказ от него часто приводит к ошибкам.

Эксперименты подразделяются на натурные и модельные. При этом натурный изучает объекты в их естественном состоянии, а модельный моделирует объекты, позволяя изучить широкие границы изменения определяющих факторов.

1.3. Методы теоретического уровня исследования

На теоретическом уровне исследования применяют такие методы, как формализация, идеализация, формулировка гипотезы и утверждение теории и закона.

Формализация – метод изучения объектов, при котором основные закономерности явлений отображаются в знаковой форме (с помощью формул или специальных символов). Она обеспечивает обобщенность подходов к решению различных задач, позволяет устанавливать закономерности между изучаемыми фактами. Символика не должна допускать двусмысленных толкований.

Идеализация – мысленное воссоздание объектов и условий, не существующих в действительности, которые не могут быть соз-

7

даны на практике. Идеализация позволяет лишить реальные объекты некоторых присущих им свойств или же наделить их гипотетическими свойствами (например: бесконечное тело, идеальный газ, абсолютно черное тело и т.п.), что позволят получить решение в конечном виде. Любая идеализация может использоваться лишь вопределенных пределах.

Гипотеза является научно обоснованной системой умозаключений. При этом она является формой перехода от фактов к законам. По причине своего вероятностного характера она обязательно должна проверяться и, как следствие, или видоизменяться, или отвергаться, или становиться научной теорией.

В ходе своего формирования гипотеза проходит три основные стадии:

1)аккумуляция фактического материала и выдвижение на его основе определенных предположений,

2)разворачивание предположений в гипотезу,

3)уточнение и проверка гипотезы.

Из множества противостоящих друг другу гипотез, использованных для объяснения цепочки фактов, предпочтение отдается той, которая более точно объясняет большее число фактов.

Теорией считается наиболее высокая форма обобщения и систематизации знаний. Теория должна иметь объективное (т.е. проверенное на практике) обоснование, что отличает ее от гипотезы.

Законом принято считать теорию, имеющую большую надежность и подтвержденную многочисленными экспериментами, при этом существующую независимо от восприятия и сознания людей.

1.4.Методы комплексного исследования

Косновным комплексным методам исследований относятся следующие.

Синтез – соединение различных сторон объекта в единое целое или систему. При теоретическом обобщении могут синтезироваться эмпирические данные исследования того или иного объекта.

8

Анализ – процедура мысленного, а зачастую и реального разложения (разбиения) процесса (явления, предмета, свойств предмета или отношения между предметами) на составные части (свойства, признаки, отношения). Анализ является составной частью любого научного исследования и обычно входит в первую исследовательскую стадию. Анализ и синтез при исследованиях дополняют другдруга.

Сравнение состоит во взаимном сопоставлении как объектов, так и их характеристик с целью определения их взаимоотношений. Сравнение может быть использовано только для однородных объектов, образующих класс.

Обобщение – форма накопления знаний в процессе мысленного перехода от частного к общему. При этом происходит переход на более высокую ступень абстракции. Обобщение позволяет отождествлять множество различных вещей и явлений путем рассмотрения общих принципов различных явлений.

Индукция (процесс наведения) представляет собой вид обобщения, основанный на предвосхищении результатов наблюдений

иэкспериментов на основе материалов прошлого опыта. Первым шагом индукции является анализ и сравнение данных наблюдений

иэкспериментов. Многократные повторения в опытах при отсутствии исключений позволяют сделать обобщение-предположение, что подобное будет наблюдаться во всех сходных случаях.

Для практики характерны обобщения на основе исследования не всех, а только некоторых случаев. Такое обобщение называется неполной индукцией. Неполная индукция часто рассматривается как источник предположительных рассуждений, т.е. гипотез.

Абстракция (иначе говоря, отвлечение) – метод научного познания, основанный на том, что при рассмотрении некоторого процесса не учитываются его несущественные признаки и стороны. Данное действие упрощает картину изучаемого явления, что позволяет рассматривать его в условно «чистом» виде.

Дедукция (иначе говоря, выведение) представляет собой переход от общих признаков к частным. Зачастую термином «дедукция» обозначают процесс логического вывода, т.е. перехода по определенным правилам логики от некоторых существующих предложе- ний-предпосылок к их следствиям.

9

Интуиция – способ постижения истины при ее прямом усмотрении без подтверждения с помощью доказательств. Роль интуиции возрастает там, где необходимо выйти за пределы существующих способов познания при проникновении в неведомое. Интуиция – особенный тип мышления, когда отдельные элементы процесса мышления проносятся в сознании почти бессознательно и предельно ясно формируется именно итог мысли – зафиксированная истина. Интуиции может быть достаточно при усмотрении истины, но ее, как правило, недостаточно для того, чтобы убедить других и даже самого себя. Для этого понадобится доказательство.

Доказательство – процесс усмотрения истины, подтверждение истинности суждения при помощи определенных логических рассуждений или же посредством чувственного восприятия физических явлений и предметов.

Аналогия – способ научного исследования, основанный на получении знаний о неизвестных явлениях и объектах на основе сравнения по общим признакам явлений и объектов, уже известных исследователю.

Моделирование – способ научного познания, использующий замену изучаемого специальной моделью, которая воспроизводит главные особенности оригинала, и ее последующее исследование. Результат подобного исследования может быть распространен на оригинал с использованием специальных методов.

Модели подразделяются на физические и математические. Физическая модель и оригинал имеют одинаковую физическую природу. В случае математического моделирования физическая природа модели может быть одинаковой или различной. В любом случае для представления модели используется система уравнений.

1.5. Этапы и составные части научно-исследовательской работы

При проведении научно-исследовательских работ выделяют их проблемы, научные направления и тематику.

Процесс выполнения научно-исследовательских работ состоит из шести основных этапов:

10