Основы технического творчества и научных исследований. Учебное пособие

Таким образом, основными задачами при подготовке инженеров с целью усвоения ими приёмов научных исследований являются:

−овладение студентами научных методов познания и применение его для углублённого и творческого усвоения учебного материала, а также использование этого материала в будущей практической деятельности;

−изучение методологии научных исследований и применение её

впредпринимательской деятельности;

−овладение методами и приёмами самостоятельного решения научных и научно-технических проблем на производстве и в научных заведениях;

−приобретение трудовых навыков при решении производственнотехнических задач;

−внедрение достижений научно-технического прогресса в практику предпринимательской деятельности.

Таким образом, задача освоения методологии научных исследований при подготовке специалистов по инженерным вопросам состоит в воспитании активных, всесторонних развитых специалистов.

В основу методологического обеспечения научно-исследовательской работы студентов положена комплексно-целевая программа. Сущность её состоит в создании системы научных исследований студентов на все время обучения в соответствии профилю выбранной специальности и специализации, которая включает элементы научных исследований по всем видам учебного процесса, направленные на подготовку специалистов, способных творчески решать задачи управления в условиях рынка. Использование элементов научных исследований при занятиях в кружках студенческого научного общества, начиная с первого года обучения, подготовке рефератов, курсовых и дипломных работах, а также в выпускных работах магистров.

Организовывает научную работу студентов выпускная кафедра, которая является базовым методическим центром по работе со студентами. Для руководства научными исследованиями она назначает научного руководителя (одного на 5 – 7 студентов).

Научно-исследовательская работа студентов проводится по двум направлениям:

–научно-исследовательская работа, включаемая в учебный процесс;

–научно-исследовательская работа, вне учебного процесса.

Научно-исследовательская работа, включаемая в учебный процесс предусматривает следующее:

−подготовка рефератов;

−выступление на семинарах с рефератами, а также на студенческих научных конференциях с докладами, представляющими собой расширенное содержание рефератов;

−подготовка отчётов по производственной практике;

−выполнение курсовых и дипломных работ;

−выполнение магистровской научно-исследовательской работы. Научно-исследовательская работа вне учебного процесса:

– участие в хоздоговорных работах, выполняемые кафедрами;

– подготовка научных докладов на студенческие научные конференции.

21

3.ПАТЕНТОВЕДЕНИЕ

3.1.ПАТЕНТНЫЙ ЗАКОН РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Общие положения

Права на изобретение, полезную модель, промышленный образец охраняет закон и подтверждает патент на изобретение, свидетельство на полезную модель или патент на промышленный образец (далее – патент).

Патент удостоверяет приоритет, авторство изобретения, полезной модели или промышленного образца и исключительное право на их использование.

Патент на изобретение действует в течение двадцати лет, считая с даты поступления заявки в Патентное ведомство; свидетельство на полезную модель – пяти лет; патент на промышленный образец – десяти лет.

Условия патентоспособности

Изобретению предоставляется правовая охрана, если оно является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо. Изобретение является новым, если оно не известно из уровня техники. Изобретение имеет изобретательский уровень, если оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Уровень техники включает любые сведения, ставшие общедоступными в мире до даты приоритета изобретения.

Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях деятельности.

Объектами изобретения могут являться: устройство, способ, вещество, штамм микроорганизма, культуры клеток растений и животных, а также применение известного ранее устройства, способа, вещества, штамма по новому назначению.

Не признаются патентоспособными изобретениями:

−научные теории и математические методы;

−методы организации и управления хозяйством;

−условные обозначения, расписания, правила;

−методы выполнения умственных операций;

−алгоритмы и программы для вычислительных машин;

−проекты и схемы планировки сооружений, зданий, территорий;

−решения, касающиеся только внешнего вида изделий, направленные на удовлетворение эстетических потребностей;

−топологии интегральных микросхем;

−сорта растений и породы животных;

−решения, противоречащие общественным интересам, принципам гуманности и морали.

К полезным моделям относится конструктивное выполнение средств производства и предметов потребления, а также их составных частей. Полезной модели предоставляется правовая охрана, если она является новой и промышленно применимой. Полезная модель является новой, если совокупность её существенных признаков не известна из уровня техники.

22

К промышленным образцам (ПО) относится художественно-конструктор- ское решение изделия, определяющее его внешний вид. ПО предоставляется правовая охрана, если он является новым, оригинальным и промышленно применимым. ПО признаётся новым, если совокупность его существенных признаков, определяющих эстетические и (или) эргономические особенности изделия, не известна из сведений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета ПО. Образец признаётся оригинальным, если его существенные признаки обуславливают творческий характер эстетических особенностей изделия. ПО признаётся промышленно применимым, если он может быть многократно воспроизведен путём изготовления соответствующего изделия.

Авторы и патентообладатели

Автором изобретения, полезной модели, промышленного образца признаётся физическое лицо, творческим трудом которого они созданы. Если в создании объекта промышленной собственности участвовало несколько физических лиц, все они считаются его авторами. Порядок пользования правами, принадлежащими авторам, определяется соглашением между ними. Право авторства является неотчуждаемым личным правом и охраняется бессрочно.

Патент выдаётся:

–автору (авторам) изобретения, полезной модели, промышленного образца;

–физическим и (или) юридическим лицам (при условии их согласия), которые указаны автором (авторами) или его (их) правопреемнником в заявке на выдачу патента либо в заявлении, поданном в Патентное ведомство до момента регистрации изобретения, полезной модели, промышленного образца;

–работодателю.

Право на получение патента на изобретение, полезную модель, промышленный образец, созданные работником в связи с выполнением им своих служебных обязанностей или полученного от работодателя конкретного задания, принадлежитработодателю, еслидоговороммеждуниминепредусмотреноиное.

Автор имеет право на вознаграждение, соразмерное выгоде, которая получена работодателем или могла бы быть им получена при надлежащем использовании объекта промышленной собственности.

Исключительное право на использование объектов промышленной собственности

Патентообладателю принадлежит исключительное право на использование охраняемых патентом объектов промышленной собственности по своему усмотрению, если такое использование не нарушает прав других патентообладателей.

Продукт (изделие) признаётся изготовленным с использованием запатентованного изобретения, полезной модели, а способ, охраняемый патентом на изобретение, – примененным, если в нём использован каждый признак изобретения, полезной модели, включённый в независимый пункт формулы, или эквивалентный ему признак. Изделие признаётся изготовленным с использованием запатентованного промышленного образца, если оно содержит все его существенные признаки.

23

Нарушение исключительного права патентообладателя признаётся несанкционированное изготовление, применение, ввоз, предложение к продаже, продажа, иное введение в хозяйственный оборот или хранение с этой целью продукта, содержащего запатентованное изобретение, полезную модель, промышленный образец, а также применение способа, охраняемого патентом на изобретение, или введение в хозяйственный оборот либо хранение с этой целью продукта, изготовленного непосредственно способом, охраняемым патентом на изобретение. При этом новый продукт считается полученным запатентованным способом при отсутствии доказательства противного.

Патент на объект промышленной собственности и право на его получение переходят по наследству.

Любое лицо, которое до даты приоритета объекта промышленной собственности (ОПС) добросовестно использовало на территории России созданное независимо от его автора тождественное решение или сделало необходимые к этому приготовления, сохраняет право на дальнейшее его безвозмездное использование без расширения объёма.

Любое лицо, не являющееся патентообладателем, вправе использовать объект промышленной собственности, защищённый патентом, лишь с разрешения патентообладателя на основе лицензионного договора, согласно которому патентообладатель (лицензиар) обязуется предоставить право на использование охраняемого ОПС в объёме, предусмотренном договором, другому лицу (лицензиату), а последний принимает на себя обязанность вносить лицензиару обусловленные договором платежи и осуществлять другие действия, предусмотренные договором.

При исключительной лицензии лицензиату передаётся исключительное право на использование ОПС в пределах, оговоренных договором, с сохранением за лицензиаром права на его использование в части, не передаваемой лицензиату. При неисключительной лицензии лицензиар, предоставляя лицензиату право на использования ОПС, сохраняет за собой все права, подтверждаемые патентом. Лицензионный договор подлежит регистрации в Патентном ведомстве и без регистрации считается недействительным.

Патентообладатель может подать в Патентное ведомство заявление о предоставлении любому лицу права на использование ОПС (открытая лицензия).

Любое лицо, использующее ОПС, защищённый патентом, с нарушением настоящего Закона, считается нарушителем патента. По требованию патентообладателя нарушение патента должно быть прекращено, а лицо, виновное в нарушении патента, обязано возместить патентообладателю причинённые убытки в соответствии с гражданским законодательством России.

Получение патента

Заявка на выдачу патента подаётся автором, работодателем или их правоприёмником (далее – заявитель) в Патентное ведомство. Заявка может быть подана черезпатентногоповеренного, зарегистрированноговПатентном ведомстве.

Заявка на выдачу патента на изобретение должна относится к одному изобретению или группе изобретений, связанных между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел (требование единства изобретения), и должна содержать:

24

−заявление о выдаче патента с указанием автора изобретения и лица, на имя которого испрашивается патент;

−описание изобретения, раскрывающее его с полнотой, достаточной для осуществления;

−формулу изобретения;

−чертежи и иные материалы;

−реферат.

Заявитель обязан уплатить пошлину. Приоритет ОПС устанавливается по дате поступления в Патентное ведомство заявки.

Патентное ведомство сначала проводит формальную экспертизу поступившей заявки, в ходе которой проверяется наличие необходимых документов, соблюдение установленных требований к ним и рассматривается вопрос о том, относится ли заявленное предложение к объектам, которым предоставляется правовая охрана. При положительном результате формальной экспертизы проводится экспертиза заявки по существу, по которой проверяется патентоспособность изобретения. После принятия решения о выдаче патента Патентное ведомство публикует в своём официальном бюллетене сведения о выдаче патента и вносит в Государственный реестр изобретений России, Государственный реестр полезных моделей России или Государственный реестр промышленных образцов России соответственно изобретение, полезную модель или промышленный образец и выдаёт патент лицу, на имя которого он испрашивался.

Прекращение действия патента

Патент в течение всего срока его действия может быть оспорен и признан недействительным полностью или частично в случаях:

−несоответствия охраняемого ОПС условиям патентоспособности;

−наличие в формуле признаков, отсутствующих в материалах заявки;

−неправильного указания в патенте автора или патентообладателя. Действие патента прекращается досрочно:

−при признании патента недействительным полностью;

−на основании заявления, поданного патентообладателем;

−при неуплате в установленный срок пошлин за поддержание патента

всиле.

Защита прав патентообладателей и авторов

Суды рассматривают следующие споры:

–об авторстве на ОПС;

–об установлении патентообладателя;

–о нарушении исключительного права на использование ОПС;

–о заключении и исполнении лицензионных договоров;

–о праве преждепользования и др.

Присвоение авторства, принуждение к соавторству, незаконное разглашение сведений об ОПС влекут за собой уголовную ответственность.

Заключительные положения

За совершение юридически значимых действий, связанных с патентом, взимаются патентные пошлины.

Государство стимулирует создание и использование ОПС.

25

3.2.3АКОН РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ «О ТОВАРНЫХ ЗНАКАХ, ЗНАКАХ ОБСЛУЖИВАНИЯ И НАИМЕНОВАНИЯХ МЕСТ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ТОВАРОВ»

Товарный знак и знак обслуживания

Товарный знак и знак обслуживания (далее – товарный знак (ТЗ) – это обозначения, способные отличать соответственно товары и услуги одних лиц от однородных товаров и услуг (далее – товары) других лиц.

Правовая охрана ТЗ предоставляется на основании его государственной регистрации. На зарегистрированный выдаётся свидетельство, которое удостоверяет приоритет ТЗ, исключительное право владельца на ТЗ в отношении товаров, указанных в свидетельстве.

Нарушением прав владельца ТЗ признаётся несанкционированное изготовление, применение, ввоз, предложение к продаже, продажа, иное введение в хозяйственный оборот или хранение с этой целью ТЗ или товара, обозначенного этим знаком, или обозначения, сходного с ним до степени смешения, в отношении однородных товаров.

В качестве ТЗ могут быть зарегистрированы словесные, изобразительные, объёмные и другие обозначения или их комбинации. ТЗ может быть зарегистрирован в любом цвете или цветовом сочетании.

Заявка на регистрацию ТЗ подаётся лицом в Патентное ведомство и должна содержать:

–заявление о регистрации;

–заявляемое обозначение и его описание;

–перечень товаров, для которых испрашивается регистрация ТЗ. Приоритет ТЗ устанавливается по дате поступления в Патентное ведом-

ство заявки.

Экспертиза заявки включает предварительную экспертизу и экспертизу заявленного обозначения. В ходе предварительной экспертизы проверяются содержание заявки, наличие необходимых документов, а также их соответствие установленным требованиям. Далее проводится экспертиза заявленного обозначения и принимается решение о регистрации ТЗ или об отказе в его регистрации.

Регистрация ТЗ действует в течение десяти лет, считая с даты поступления заявки в Патентное ведомство.

4. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Организация и планирование экспериментальных исследований являются важной частью деятельности научных работников, инженеров, технологов. Методологической основой экспериментальных исследований в настоящее время служит быстро развивающаяся математическая теория планирования эксперимента, базирующаяся на идеях теории вероятности и математической статистики.

Теория планирования эксперимента формулирует приёмы и способы оптимальной организации экспериментирования при исследованиях объектов самой разной физической природы. Применение методом и приёмов этой тео-

26

рии позволяет эффективно, с наименьшими затратами решать многие практически важные исследовательские задачи: построение по опытным данным математических моделей объектов и явлений, оптимизацию процессов, проверку различных предположений об их свойствах и др. Эффективность указанных методов показана на многочисленных примерах использования их в различных областях науки и техники: физике и химии, биологии и медицине, радиотехнике и электронике, автоматике и вычислительной технике, в задачах организации производства и технико-экономических исследованиях.

4.1. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА КАК НАУКА

Эксперимент в ходе развития науки выступал мощным средством исследования явлений природы и технических объектов. Но лишь сравнительно недавно он стал предметом исследования. Пристальное внимание учёных и инженеров к тому, как лучше и эффективнее проводить эксперимент, возникло не случайно, а является следствием достигнутого уровня и масштаба экспериментальных работ на современном этапе развития науки и техники. Этот этап с рассматриваемой точки зрения характеризуется ростом общего числа проводимых экспериментальных работ; увеличением количества специалистов, занимающихся экспериментальной деятельностью; существенным усложнением объектов исследования и используемого экспериментального оборудования; тенденцией к удлинению среднего времени экспериментирования и удорожанию исследований; настоятельной необходимостью всемерного увеличения эффективности и улучшения качества проводимых исследований; начавшимся процессом внедрения средств и систем автоматизации эксперимента.

Из всего сказанного понятна закономерность появления нового научного направления: теории планирования эксперимента как методологической основы современных экспериментальных исследований.

Известно, что новая наука может возникнуть, если существует объективная необходимость её появления и имеется предмет новой науки, представляющий общенаучный интерес. Сказанное в полной мере относится и к теории планирования эксперимента. Предмет исследования этого научного направления очевиден – эксперимент. Однако особенности планирования, постановки эксперимента рассматриваются и в физике, и в химии, и в прикладных науках. Для того чтобы эксперимент стал предметом исследования отдельного научного направления, необходимо, чтобы он характеризовался некоторыми чертами, общими для любого эксперимента независимо от того, в какой конкретной области знаний эксперимент проводится. Такими общими чертами эксперимента является необходимость:

1)контролировать любой эксперимент, т.е. исключать влияние внешних переменных, не принятых исследователем по тем или иным причинам к рассмотрению;

2)определять точность измерительных приборов и получаемых данных;

3)уменьшать до разумных пределов число переменных в эксперименте;

4)составлять план проведения эксперимента, наилучший с той или иной точки зрения;

27

5)проверять правильность (приемлемость) полученных результатов и их точность;

6)выбирать способ обработки экспериментальных данных и форму представления результатов;

7)анализировать полученные результаты и давать их интерпретацию

втерминах той области, где эксперимент проводится.

Конечно, даже при наличии сформулированных общих черт эксперимент не стал бы предметом отдельной науки, если бы задачи, решаемые различными исследователями, не имели ничего общего и полностью определялись спецификой той области знаний, где они работают. Однако это не так. Оказывается, можно выделить типовые задачи исследования, с которыми приходится сталкиваться каждому экспериментатору. К основным, наиболее распространенным типовым задачам исследования обычно относят:

1)получение некоторых предварительных сведений о процессе (обработка литературных данных, опросы специалистов и анализ результатов опросов, отсеивающий эксперимент);

2)получение формульных зависимостей;

3)проверку гипотез, т.е. некоторых содержательных предположений о свойствах объекта;

4)оптимизацию свойств изучаемого объекта (определение оптимальных соотношений, слежение за оптимумом и т.д.).

Можно сказать, что теория планирования эксперимента и основном предназначена для решения типовых задач исследования (типовые приёмы для типовых задач). Они не предназначены для получения кардинально новых данных

освойствах природы, совершения научных открытий. Теория планирования эксперимента может во многом облегчить работу экспериментатора, повысить её эффективность при проведении обычных экспериментов, т.е. экспериментов, которые составляют подавляющую часть современной экспериментальной деятельности учёных и инженеров. Математическим аппаратом теории планирования эксперимента являются теория вероятностей, математическая статистика,

атакже некоторые разделы прикладной математики. Ключевое место здесь, конечно, занимает математическая статистика, иногда рассматриваемая как язык, на котором излагается теория планирования эксперимента.

4.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Как и в любом сформировавшемся научном направлении, в теории планирования эксперимента выработалась определённая система основополагающих понятий и терминов. Приведём наиболее важные из них с необходимыми комментариями и в интерпретации, принятой большинством специалистов данной области [1 – 3].

Объект исследования (ОИ) есть носитель некоторых неизвестных и подлежащих изучению свойств и качеств.

Полагается, что исследователь обладает той или иной априорной информацией об объекте, хотя бы примерным перечнем переменных, влияющих на свойства объекта.

28

E

а – объекта исследования; б – объекта исследования с аддитивной помехой

Как правило, любой объект исследования можно представить в виде «чёрного ящика» с определённым количеством входов и выходов (рис. 1). Выделяют:

1) входные контролируемые и управляемые переменные, которыми исследо-

вательможетварьироватьпосвоемуусмотрению: векторХ= ‖x1, x2, …, xn‖;

2) входные контролируемые, но неуправляемые переменные: вектор

Z = ‖z1, z2, …, zn‖;

3) неуправляемые и неконтролируемые переменные: вектор Е = ‖е1, е2,

…, еn‖;

4) выходные показатели (характеристика исследуемых свойств или ка-

честв объекта): вектор Y = ‖y1, y2, …, yn‖.

Переменные X и Y принято называть факторами. Факторы могут меняться во времени как детерминированные (чаще всего факторы X) или случайные (чаще всего факторы Z) переменные. Пространство контролируемых переменных образует факторное пространство.

Переменные группы Е есть некоторые мешающие переменные, причём характер их влияния на Y может быть двояким. Если мысленно представить себе, что факторы X и Z застабилизированы во времени, то под влиянием переменных Е показатели Y могут меняться достаточно систематическим (ситуация, когда говорят, что имеет место «дрейф объекта») или практически непредсказуемым, случайным образом. Тогда говорят о наличии случайной помехи, случайного шумового поля. При этом, как правило, полагают, что вероятностные свойства шумового поля не меняются во времени.

По физическому происхождению к переменным Е прежде всего относятся ошибки измерительных приборов ими методов анализа, а также неконтролируемые изменения сырья в промышленных объектах или изменения свойств вследствие старения или износа установок, влияние» внешней среды, обслуживающего персонала и т.д., включая воздействие тех переменных, которые в принципе могли бы контролироваться экспериментатором, но не включены им в число исследуемых факторов (вследствие трудностей их измерения, по ошибке или незнанию). К переменным группы Е должны быть отнесены и такие как квалификация экспериментатора, особенности используемого экспе-

29

риментального оборудования и методика измерений, уровень метрологического обеспечения, т.е. переменные, действия которых в данном конкретном эксперименте могут и не проявиться, но которые могут сказаться на стадии сопоставления результатов различных экспериментаторов, лабораторий и т.д.

Большинство методов планирования эксперимента развито для случая, когда размерность вектора Y равна 1 и влияние переменных Е (шумового поля) можно представить в виде аддитивной составляющей измеряемого значения Y, т.е. в виде эквивалентной, приведеннойквыходуобъектааддитивной помехие(рис. 1).

Выходную переменную Y – зависимую переменную объекта – часто называют откликом, зависимость отклики от рассматриваемых факторов – функцией отклика, а геометрическое представление функции отклика – поверхностью отклика.

Отметим, что объектами исследования в практике планирования могут быть:

а) реальные физические объекты (схемы, устройства, лабораторные и промышленные установки и т.д.);

б) физические модели реальных объектов (модели информационных систем, электролитические ванны при анализе полей и т.д.);

в) математические модели реальных объектов (модели в виде совокупностей нелинейных дифференциальных или интегродифференциальных уравнений, наличие которых, тем не менее, не позволяет широко внедрить их и практику в силу чрезвычайной сложности, или же модели имитационного, программного характера).

В двух последних случаях в помеху е войдут также составляющие, обусловленные неточностью физического или математического моделирования объектов.

Математическая модель объекта исследования – это определённая фраза на языке математики, содержательно отражающая те или иные свойства изучаемого объекта, в частности структуру и количественные связи, его характеризующие. Математические модели, используемые в планировании эксперимента, как правило, изображаются символами и называются знаковыми моделями (в отличие от алгоритмических или программных моделей). В дальнейшем будут рассматриваться только такие модели, конечное количественное представление которых получено на базе экспериментальных исследований, или, иными словами, экспериментальные математические модели (в отличие от теоретических моделей). При этом предполагается, что именно такого рода модели могут быть получены в ситуации, когда имеет место случайная помеха, шум е, т.е. в ситуации, наиболее часто встречающейся в задачах экспериментального характера. Фактически методы планирования эксперимента и предназначены для получения статистических моделей, вследствие чего сами эти методы часто именуют статистическими методами планирования эксперимента.

Основной особенностью любой экспериментальной статистической модели является то, что подобная модель не может точно описать поведение объекта в любом конкретном опыте (скажем, указать точное значение Y, даже если функция отклика определена абсолютно точно, а векторы X и Z стабилизированы). Статистическая модель описывает поведение объекта в среднем, харак-

30