4573

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.А. Патова

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по научной специальности 2.1.5.Строительные материалы и изделия

Нижний Новгород

2022

2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.А. Патова

ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям и практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по научной специальности 2.1.5.Строительные материалы и изделия

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

4

5

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Планирование экспериментальных иссле-

дований» являются: является изучение основ математических методов планирования экс-

перимента и применение этих методов при исследовании различных процессов.

Применение методов планирования эксперимента позволяет: осуществить матема-

тическую обработку результатов измерений; системно изучать механизм сложных про-

цессов с получением адекватных математических моделей; оптимизировать технологиче-

ские и конструктивные параметры процессов и аппаратов.

В результате освоения дисциплины студент должен

Знать:

-основные методы проведения теоретических и экспериментальных исследований;

-основные направления, проблемы, теории и методы изучения строительных мате-

риалов и изделий;

-основные методы сбора, научного анализа и систематизации информации по теме исследования;

-методы научного исследования в области строительства с использованием авто-

матизированных исследований и проектирования;

-методы и средства мониторинга, оценки состояния строительных материалов и изделий;

-методологию осуществления научноисследовательской, экспертноаналитиче-

ской работ в области разработки высокоэффективных технологий, направленных на по-

вышение эффективности капиталовложений, энерго – и ресурсосбережения в строитель-

стве;

- методы проектирования и осуществления комплексных исследований, в том чис-

ле междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с ис-

пользованием знаний в области истории и философии науки;

Уметь:

- составлять план проведения теоретических и экспериментальных исследований,

проводить обработку результатов исследований с помощью современных программ;

- грамотно и аргументировано излагать свои мысли; анализировать и интерпрети-

ровать полученную информацию;

- критически оценивать информацию, переоценивать накопленный опыт и кон-

структивно принимать решение на основе анализа информации;

6

- выполнять исследования с использованием современных подходов и методов, ап-

паратуры и вычислительных комплексов;

-критически оценивать полученную информацию, переоценивать накопленный опыт и конструктивно принимать решение на основе анализа информации;

-пользоваться методами научного обоснования и разработки новых высокоэффек-

тивных технологий, направленных на повышение эффективности капиталовложений в строительстве;

- проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междис-

циплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использовани-

ем знаний в области истории и философии науки;

Владеть:

- методами теоретических и экспериментальных исследований в области исследо-

вания строительных материалов и изделий;

- понятийным аппаратом в области исследования строительных материалов и изде-

лий;

-навыками сбора и обработки информации по теме исследования, умением делать выводы по результатам исследований и представлять их в виде научных публикаций и презентаций;

-основами современного проектирования, экспертноаналитической деятельности

ивыполнения исследований с использованием современных подходов, и методов, и аппа-

ратуры;

-навыками мониторинга состояния строительных материалов и изделий;

-методиками оценки новых технологий, направленных на повышение эффективно-

сти капиталовложений, энерго– и ресурсосбережения в строительстве;

- методами проектирования и осуществления комплексных исследований, в том числе междисциплинарных, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Математическая обработка результатов измерений

Основные вопросы математической обработки результатов измерений. Прибли-

женные числа и величины. Округление приближенных чисел. Ошибки приближенных ве-

личин. Знак ошибок приближенных величин. Классификация приближенных величин.

7

Случайные и систематические ошибки. Верные знаки в приближенных числах. Запись приближенных величин. Предельная относительная ошибка. Число верных знаков при-

ближенных чисел в зависимости от величины их относительной ошибки.

Основные действия с приближенными числами.

Малые величины различных порядков. Формулы для приближенных вычислений.

Ошибка суммы приближенных чисел. Умножение приближенных величин. Деление при-

ближенных величин. Возведение в степень приближенных чисел и извлечение из них кор-

ня. Общие правила вычислительного процесса с приближенными числами.

Ошибки функции. Общая теория ошибок

Основные задачи теории ошибок. Ошибка функции одной независимой перемен-

ной. Ошибка функций двух независимых переменных. Ошибка функций нескольких неза-

висимых переменных. Определение ошибок аргументов. Обратная задача теории ошибок.

Определение оптимальных условий измерений.

Закон нормального распределения случайных величин

Случайные явления и их общая классификация.

Математическое определение вероятности. Теорема сложения и умножения веро-

ятности. Общие закономерности случайных ошибок. Основная формула теории случай-

ных ошибок. Интеграл вероятностей и его вычисление. Закон распределения случайных величин. Показатели точности измерений.

Планирование эксперимента

Задачи планирования эксперимента. Критерии проверки однородности дисперсий.

Регрессионный анализ многофакторной модели. Полный факторный эксперимент. При-

мер планирования эксперимента при получении модели процесса. Планирование экспе-

римента при обезвреживании городских сточных вод.

8

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — фор-

мирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции пре-

подаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисципли-

ны и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презен-

таций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подго-

товить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интер-

активном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного матери-

ала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленно-

го записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к практиче-

ским занятиям и текущему контролю.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из реко-

мендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчер-

кивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

В соответствии с ГОСТ 1.1, ГОСТ 16504, ГОСТ ISO 9000, ГОСТ Р 55348, ГОСТ Р

55386, приняты следующие термины с соответствующими определениями:

научно-исследовательская работа; НИР: Комплекс теоретических и (или) экспе-

риментальных исследований, проводимых по техническому заданию на НИР, с целью по-

лучения обоснованных исходных данных, изыскания принципов и путей создания (модер-

низации) продукции.

техническое задание на научно-исследовательскую работу; ТЗ на НИР: Исходный технический документ, устанавливающий требования к содержанию, объемам и срокам выполнения этой работы.

9

исполнитель НИР: Юридическое или физическое лицо, по договору с которым вы-

полняется НИР.

отчетная научно-техническая документация; ОНТД: Комплект документов, отра-

жающих объективную информацию о содержании и результатах НИР (этапов НИР), а

также содержащих рекомендации по ее использованию.

этап НИР: Часть НИР, характеризующаяся определенным требуемым результатом,

являющаяся объектом планирования и финансирования.

экспериментальный образец: Изделие, обладающее основными признаками наме-

чаемой к разработке продукции, изготовленное для проверки и обоснования основных технических решений, параметров и характеристик продукции

программа испытаний: Документ, предназначенный для организации и выполне-

ния работ, обеспечивающих проведение испытаний конкретного объекта.

Планирование экспериментальных исследований является важным этапом выпол-

нения научно-исследовательских работ.

Прикладные научно-исследовательские работы следует, как правило, проводить по нижеприведенным этапам. «ГОСТ Р 15.101-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Система разработки и постановки продукции на производстве».

Типовые этапы выполнения прикладных научно-исследовательских работ

Выбор направления исследований

На этом этапе проводят:

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

-ознакомление с литературой и классификация наиболее актуальных направлений;

-формулирование гипотезы, описывающей ожидаемые результаты;

-предварительную оценку ожидаемых результатов.

Формулировка цели и задач исследования

На этом этапе проводят:

-подбор и составление библиографических списков отечественной и зарубежной литературы;

-изучение научно-технических отчетов по теме различных организаций соответ-

ствующего профиля;

-составление аннотаций источников;

-составление рефератов по теме;

10

-анализ, сопоставление, критику прорабатываемой информации;

-обобщение, критику, составление собственного суждения по проработанным во-

просам;

- формулирование методических выводов по обзору информации; - формулирова-

ние цели и задач исследования.

Моделирование

На этом этапе проводят:

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

-выполнение предварительных (поисковых) экспериментов;

-формулирование гипотезы, выбор и обоснование физической модели;

-математизацию модели;

-получение аналитических выражений;

-теоретический анализ полученных закономерностей.

Экспериментальные исследования

На этом этапе проводят:

-разработку цели и задач эксперимента;

-планирование эксперимента;

-разработку программы исследований;

-выбор средств измерений; при отсутствии необходимых средств измерений

-разработку новых средств измерений;

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

-обоснование способов измерений, разработку, при необходимости, методик вы-

полнения измерений и их аттестацию;

- проведение эксперимента в лаборатории, на опытных участках, на заводах, в ком-

паниях, на полигонах и т.д.;

- обработку результатов измерений.

Анализ, обобщение, оценка результатов исследований, выпуск ОНТД по НИР На этом этапе проводят:

-анализ теоретико-экспериментальных исследований;

-сопоставление эксперимента с теорией;

-анализ расхождений;

-уточнение теоретических моделей;