Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методология и практика планирования эксперимента в России. Монография
.pdf
для выпускников школы, ставших в дальнейшем студентами, особенно для студентов экономических факультетов [135].
Известны сведения о преподавании хемометрии в вузах страны. В
середине 1990-х годов курсы по аналитической химии существовали
в 53 высших учебных заведениях (29 университетов, 21 технологических вузов, 3 фармацевтических и медицинских вуза). Из них курс по
хемометрии имелся только в 26 организациях
. Из 8 разделов хемометрии (статистическая обработка данных; обработка сигналов; оптимизация и планирование эксперимента; многофакторные методы,
распознавание образов; кластерный и факторный анализы; обеспечение и контроль качества; компьютеры в аналитической химии; интерфейс) в 18 вузах представлены не более трех разделов. Планирование эксперимента в курсах хемометрии было введено только в
12 вузах [136].
Приведем пример. В учебную программу кафедры аналитической
химии химического факультета МГУ введен курс «Основы хемометрики и химической метрологии». В этом курсе представлен раздел
«Математические методы планирования эксперимента в аналитической химии: задачи, основные идеи, преимущества перед традиционной постановкой эксперимента». В него входят вопросы построения
регрессионных моделей, планы
первого и высших порядков, полный
факторный эксперимент и пр. Большое внимание уделено регрессионному, дисперсионному и корреляционному анализу [126].
К вопросам подготовки кадров В. В. Налимов снова обратился в
начале 1990-х годов. Он считал, что вопрос о математической подготовке нематематиков приобрел особую остроту в связи с тем, что
развитие вычислительной
техники позволяет обращаться к программам и совсем неподготовленным пользователям. Опасность такой
деятельности состоит в том, что прикладная математика все же остается дедуктивной наукой. Модель нельзя получить непосредственно
из экспериментальных данных, не опираясь на предпосылки, привнесенные исследователем. Всегда ли адекватны изучаемой ситуации
исходные положения фишеровской концепции математической статистики
?
В середине 1990-х годов преподавание сотрудниками лаборатории
математической теории эксперимента биофака МГУ информатики и
основ программирования прекратилось в связи с включением этих
предметов в школьную программу. Курс «Математические методы в
71
биологии» был пересмотрен и дополнен новыми разделами по математическому моделированию.
Для привлечения заказчиков с условием заключения хозяйственных договоров был составлен «рекламный» листок, где среди пунктов об использовании современных математических методов и ЭВМ
входили:
– обучение работе на современных ЭВМ, операционные системы,
текстовые редакторы, базы данных, программирование на языках
высокого уровня, работа с современными ППП по статистической
обработке биологических и медицинских данных;
– обучение использованию современных методов математического планирования эксперимента и анализа данных биологических и
медицинских исследований;
– консультации по использованию ЭВМ, методов математического планирования эксперимента, методов статистического анализа
данных, методов моделирования динамики процессов при решении
конкретных биологических и
медицинских задач [90, c. 86, 87].
При подготовке кадров В. В. Налимов предлагал учитывать кризис современной культуры. Надо думать о серьезной модификации
культуры. Она должна стать радикально иной и в то же время построенной на базисе фундаментальных представлений, которые нам
достались от прошлого. Нужен свободный поиск новых путей преображения и в
этот поиск важно включить все общество, а не только
отдельных людей и группы. Он считал, что настало время создания
«Вольного университета» для человека будущей культуры, где обсуждались бы и преподавались разнообразные дисциплины, начиная
с математики, теоретической физики, космогонии и биологии, и кончая философией, религиоведением, психологией, психотерапией, философской
антропологией, искусствоведением. Самое существенное
при таком обучении – показать, как иррациональное может и должно
совмещаться с рациональным. Трудно продолжать жить в расщепленности этих двух начал, которую все еще пытается отстаивать уходящая парадигма нашей культуры. Все же возникает сомнение: возможно ли передать слушателям все многообразие нашей стареющей
культуры, дряхлеющей от
непомерной ноши накопленного [137, 138].
После прекращения деятельности Совета по кибернетике не удалось собрать достаточно полных сведений о преподавании планирования эксперимента в нашей стране. Известно, что ряд организаций,
72
где был введен курс планирования эксперимента, издавал учебные
пособия и методические указания. Учебные пособия по своему содержанию можно поделить на три группы. В первую группу отнесены пособия, целиком посвященные методам планирования эксперимента. Одно из них – пособие, изданное в Московском государственном институте стали и сплавов (Технологическом университете)
[139].
В нем приведены примеры: расчет оптимальных режимов
нанесения антифрикционного покрытия на твердую подложку; разделение экстракцией близких по свойствам редких элементов; восстановление вольфрамового ангидрида водородом. Из математикостатистических методов рассмотрены метод априорного ранжирования факторов, факторное планирование, крутое восхождение, функция желательности Харрингтона.
Ко второй группе отнесены пособия, в которых
методы планирования эксперимента рассмотрены совместно с другими методами математической статистики и иными методами. Такое пособие издано, например, в Липецком эколого-гуманитарном институте и содержит пять разделов [140]. Один раздел посвящен методам планирования эксперимента (планы первого и второго порядка). К математической статистике
относятся два раздела: статистические методы
построения математических уравнений; математико-статистический анализ. Остальные два
раздела включают сведения о константе равновесия химической реакции, расчете состава равновесной смеси, проведение лабораторных исследований и построение кинетической модели химической реакции.
Наконец, в третью группу попали пособия, в которых методы
планирования эксперимента рассмотрены наравне с другими методами и подходами
, а методы математической статистики либо рассмотрены в небольшом объеме, либо не упоминаются совсем. Такое
пособие издано в Санкт-Петербургском политехническом университете [141]. Из семи глав методы планирования эксперимента рассмотрены в двух главах – по дисперсионному и регрессионному анализу. В главу по дисперсионному анализу попали сведения по латинским
квадратам и кубам, греко-латинским квадратам, кубам и гиперкубам. В регрессионном анализе рассмотрены ортогональные планы
первого порядка, полный и дробный факторный эксперимент, симплекс-планы и планы Плакетта–Бермана, крутое восхождение, планы
второго порядка (в том числе и симплекс-решетчатые планы), отсеивающие эксперименты, метод случайного баланса. Остальные главы
73
включают: общие сведения о технологическом эксперименте; основные понятия теории подобия и размерностей; основы физического моделирования; статистическая обработка результатов; интерполяция.
C 1994 г. кафедра статистического моделирования Санкт-Петербургского университета совместно с американским College on Simulation
проводит международные семинары, где наряду с разными проблемами
обсуждаются и проблемы теории планирования эксперимента. Труды
нескольких семинаров опубликованы [120].
3.4. Организационные вопросы
В 1992 г. после фактического прекращения работы Всесоюзной
статистической ассоциации (ВСА) на основе ее секции статистических методов была организована Российская ассоциация по статистическим методам (РАСМ). В ней коллективными усилиями был
разработан единый подход к проблемам применения статистических
методов в сертификации и управлении качеством. Система менеджмента качества обсуждается, например, в
На третьем этапе продолжали работать над проблемами планирования эксперимента «незримый» коллектив под руководством проф.
В. В. Налимова, сотрудники научной школы проф. Г. К. Круга в
Московском энергетическом институте (В. П. Бородюк,
А. П. Вощинин, В. В. Круглов, Э. К. Лецкий, А. Н. Лисенков,
П. В. Ермуратский и др.).
Большой интерес вызывали публикации
представителей школы
С. М. Ермакова в Санкт-Петербургском университете (А. А. Жиглявский, В. Б. Мелас, Б. Б. Походзей, Е. В. Седунов и др.). Оригинальные результаты были получены членами научной школы профессора
В. И. Денисова в Новосибирском техническом университете (Т. В. Авдеенко, Ю. Д. Григорьев
, И. А. Полетаева, В. В. Пономарев, А. А. Попов
и др.) [144].
Процесс «утечки умов» затронул и специалистов по планированию
эксперимента. По разным причинам (длительная контрактная работа,
эмиграция и пр.) многие члены «незримого» коллектива В. В. Налимова
уехали за рубеж. Среди уехавших преобладали научные сотрудники
с учеными степенями и званиями [64, c.204].
C 2001 г
. лаборатория математической теории эксперимента под
руководством В. В. Налимова была переведена на кафедру общей
экологии (заведующий кафедрой проф. В. Н. Максимов) [90, c. 29].
работах [132, 142, 143].
74
На этом этапе работал организованный в конце 1980-х годов Институт высоких статистических технологий и эконометрики Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана.
Эта организация занимается развитием и внедрением «высоких статистических технологий» в современное производство и экономику.
Особый интерес имеет применение «высоких статистических технологий» для поддержки и
принятия управленческих решений [132].
Не все научные коллективы, работавшие в области планирования
эксперимента, испытали разрушительное действие перемен. Продолжал действовать малый неформальный коллектив сотрудников из
Москвы, Запорожья и Львова. Здесь разрабатывались проблемы применения планирования эксперимента в фармацевтических технологиях и в биофармацевтическом анализе различных лекарственных
форм (руководители Е. В. Маркова,
Т. А. Грошовой). Коллектив объединял научных сотрудников научно-исследовательских организаций
и заводских лабораторий, преподавателей фармацевтических и медицинских вузов, аспирантов и студентов. Членами коллектива были
подготовлены методические и учебные пособия, изданы монографии.
В 1992 г. состоялась первая республиканская конференция «Оптимизация промышленного производства и анализ таблетированных препаратов» [145].
Отрадным явлением можно
считать деятельность российского хемометрического общества, образованного в начале 2000-х годов. Уже
в 2001 г. на базе Института геохимии и аналитической химии Российской академии наук состоялась конференция «Введение в многомерный анализ данных» (проекционные методы): анализ главных компонент, многомерная калибровка, классификация. С 2002 по 2010 г. были проведены семь зимних
школ по хемометрике в разных регионах
страны [146].
Одна из эффективно работающих организаций на всех трех этапах
развития планирования эксперимента в области теоретических и методологических исследований – кафедра статистического моделирования Санкт-Петербургского университета. По мнению заведующего
кафедрой чл.-корр. РАН С. М. Ермакова, статистическое моделирование включает: теорию планирования эксперимента; методы
статистической обработки данных; методы создания имитационных моделей на базе обработанных данных; математическую теорию моделирования (имитации) случайности; стохастические численные методы
75
решения многомерных экспериментальных задач и уравнений относительно функций большого числа переменных. Эти направления
тесно связаны между собой и требуют создания эффективных программ для компьютеров [121].
Кафедра была связана совместными работами с Санкт-Петербургским институтом аналитического приборостроения Российской академии наук (Е. В. Седунов, А. А. Жиглявский, В. Б. Мелас
). В эпоху
перестройки кафедра провела международную конференцию по моделированию (MODA), а раз в два года здесь проводятся международные конференции по статистическому моделированию и смежным вопросам. Планирование эксперимента применяется при решении прикладных задач для работы банков в г. Франкфурте. Профессор В. Б. Мелас читает курсы лекций «Оптимальное
планирование
эксперимента» и «Анализ регрессионных моделей».
3.5. Наукометрические исследования
Сведения о цитировании работ В. В. Налимова за 1966–1986 гг.
были приведены ранее в разд. 2.5. Здесь даны сведения о цитировании его публикаций за 2000–2009 гг. Он опубликовал около 30 книг
и 280 статей. Источником информации служила Интернет-версия
Web of Science компании Thomson Corp. (США), где собираются
данные из примерно 10 000 наиболее важных журналов всего мира.
Получены сведения по
Citation Index по естественным и техническим наукам, БД Social
Science Citation Index по социальным наукам, БД Arts & Humanities
Citation Index по искусству и гуманитарным наукам.
Всего процитировано 15 книг и 35 статей, цитируемость переизданий книг отдельно не рассматривалась. На все публикации получены 256 ссылок. Далее будут приведены данные по цитируемости
публикаций только по математической статистике
эксперимента.
Цитируемость книг
– «Применение математической статистики при анализе вещества» (1960, 1963). Эта книга была издана в нашей стране в 1960 г. и
переиздана за рубежом в 1963 г. На нее получены 84 ссылки;
цитируемости из базы данных (БД) Science
и планированию
1
:
_____________
1
В скобках отмечены годы изданий и переизданий.
76
– «Статистические методы планирования экстремальных экспе-
риментов» (1965, 1967) – 33 ссылки;
– «Теория эксперимента» (1971, 1975) – 15 ссылок;
– «Логические основания планирования эксперимента» (1976,
1981) – 1 ссылка;
– «Математическая теория эксперимента»(1982) – 1 ссылка.
Таким образом, на эти издания получены 134 ссылки, что состав-
ляет 52,3 % от общей цитируемости. Цитирование статей приведено
в Приложении 2.
Более трети всех ссылок приходится на первую книгу В. В. Нали-
мова «Применение математической статистики при анализе вещества». Как позднее отмечал он сам, книга была написана после возвращения из ссылки, где он работал в лабораториях металлургического и геологического профиля. Там особое внимание обращалось
на метрологические аспекты аналитической химии. Налимову удалось собрать большой экспериментальный материал, получить опыт
его обработки
, дать теоретическую интерпретацию результатов. Это
была нелегкая задача, так как в те годы отношение к теории вероятностей и математической статистике в нашей стране было негативным. Книга была направлена на практическое применение. Основные
теоремы математической статистики не доказывались, а объяснялись
в примерах, взятых из реальной практики химического анализа. Это
была попытка создания отдельной метрологической теории химического анализа. Особое внимание уделялось межлабораторным сравнениям результатов анализа, полученных разными методами в разных лабораториях, применению планирования эксперимента и дисперсионному анализу, природе систематических ошибок и промахов.
Удалось показать, что уровень посылок, развиваемый в математической статистике Р. Фишером, может быть реалистичным
при реше-
нии задач аналитической химии.
В. В. Налимов считал, что успех книги объясним многообразием
конкретных примеров, сопровождаемых теоретическими объяснениями. Это позволило читателям применить математическую статистику к другим нерассмотренным задачам. Существенно и то, что книга
была быстро издана на английском языке.
Прямым продолжением этой книги явилась книга по
статистическим методам планирования экстремальных экспериментов (совместно с Н. А. Черновой, 1965 г.). Как и первая книга, она стала
77
«классиком цитирования» (более 1000 ссылок к 1990-м годам). Она
была написана под влиянием работ американского статистика Г.
Бокса. Материал включает большое количество примеров, взятых из
исследований, проведенных в лабораториях с участием авторов.
Книга была переиздана в Польше (1967 г.). В США имеется микрофильм книги на английском языке (1968 г.).
В книге представлены
различные методы планирования эксперимента: полный факторный эксперимент, дробный факторный эксперимент, крутое восхождение, изучение области оптимума, отсеивающие эксперименты, адаптационная оптимизация, планирование кинетических экспериментов и др. Большое внимание уделено концепции Бокса–Уилсона, направленной на решение задач оптимизации.
Сразу получил большой отклик поиск оптимальной области для полиномиальной модели
. Как позднее отмечал сам Василий Васильевич, первыми в применении оказались аспиранты. Они сразу поняли
преимущества этого метода, связанного с большим сокращением
времени экспериментальной работы в ситуациях, когда требовалось
варьировать многими факторами.
И еще одна деталь, подмеченная В. В. Налимовым. Необычайно
высокая эффективность методов планирования эксперимента вызвала недоумение у
некоторых статистиков-профессионалов, в том числе и у академика А. Н. Колмогорова. По мнению В. В. Налимова,
планирование эксперимента требует высокой степени формализации.
Это заставляет исследователя стремиться к четкому логическому
осмыслению всей процедуры исследования даже в очень размытых
ситуациях [13, c.132]. Такое осмысление оказывается возможным
сделать в системе канонических представлений, задаваемых суще
ствующей теорией эксперимента. Далее следует выбор оптимальных
планов и процедур, что позволяет значительно сократить время на
само исследование. Результаты исследований представляются в некоторой стандартной форме. Все это и приводит к резкому повышению эффективности экспериментальных исследований. Успех, возможно, определяется и тем, что в работах с четко выраженной прикладной направленностью можно ограничиваться построением самых простых – полиномиальных моделей.
Обе книги – «мультиваленты», т.е. используются в самых различных областях науки. На первую книгу около 30 % всех ссылок приходится на аналитическую химию, на втором месте публикации в
-
78
области геохимии и геологии. Далее имеются ссылки в работах по
металлургии, металловедении, прикладной химии и химической технологии, измерительной технике, экологии, биологии. Цитируемость
во времени снижается: в 2000–2004 гг. отобраны 53 ссылки, в 2005–
2009 гг. – 31 ссылка. На книгу по планированию экстремального эксперимента не выделены области науки с преимущественным цитированием, хотя набор
дисциплин примерно тот же (заметное количество ссылок получено по стеклу и керамике). Падение цитируемости во времени
меньше: в 2000–2004 гг. 18 ссылок, в 2005–2009 гг. 15 ссылок.
Позднее, как отмечал сам Налимов, его интерес вызвали проблемы, рассматриваемые в работах американского математика Дж. Кифера. Теория Дж. Кифера долго не находила практического применения
. В. В. Налимов с сотрудниками создали компромиссные экспериментальные планы на основе многих критериев оптимальности с
достаточно малым числом экспериментальных точек. Одной из первых публикаций в этом направлении была книга «Теория эксперимента» (1971) [24]. Помимо нового подхода к построению планов в
ней показано, как под влиянием идей математической статистики
формируется
математическая теория эксперимента. Там же изложены основные концепции математической статистики: рандомизация
условий проведения эксперимента, стратегия последовательного
эксперимента и пр. Обсуждена логика развития идей математической
статистики. Эта книга – путеводитель по идеям математической статистики, интересный для экспериментатора [147].
Еще одно наукометрическое исследование посвящено цитированию книги «Планирование эксперимента при поиске оптимальных
условий
» (Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский). Первое
издание (1971) имело подзаголовок «Программированное введение в
планирование эксперимента» [148]. При изложении материала здесь
были использованы элементы программированного обучения – метод
многовариантного ответа. Программированное обучение было в те
годы весьма популярно. Считалось, что оно активизирует усвоение
материала и закрепляет требуемые навыки. Книга предназначалась
широкому кругу экспериментаторов и учитывалось, что экспериментаторы слабо владеют математико-статистическими методами. Поэтому все математические фрагменты тщательно пояснялись, комментировались и сопровождались конкретными примерами. Авторы
пытались вместе с читателем рассуждать о планировании экспери-
79
мента. Изложение материала проводилось в манере, близкой к разговорному языку.
Книга [148] получила большую популярность и была переведена
на английский [149] и венгерский языки [150]. В 1976 г. вышло в
свет второе издание книги, переработанное и дополненное [151]. Его
пополнили четыре главы:
Обобщенный параметр оптимизации (функция желательности).
Матричный подход к регрессионному анализу.
О классификации экспериментальных планов (что связало экс-
тремальный эксперимент с другими планами эксперимента).
Очерк по истории планирования эксперимента.
Дополнения потребовали увеличения объема книги, и авторы решили отказаться от метода программированного обучения (многовариантный ответ и связанные с ним пояснения и комментарии требовали большого объема). Таким образом, второе
издание сильно отличалось от первого не только дополнениями, но и структурой книги и
методом изложения материала.
Одна особенность книги – в ней сделана попытка описать процесс
принятия решений на неформализованных этапах планирования эксперимента. Этой проблеме посвящены две главы: принятие решений
после построения модели; принятие решений после крутого восхождения. В
литературе по планированию эксперимента обычно уделяется внимание только формализованным этапам. И лишь в 1980-е
годы появление экспертных систем позволило решать сложные проблемы, связанные с неформализованными этапами.
Цитирование книги дает представление о масштабе отечественных прикладных работ по планированию эксперимента. Источником
информации о цитируемости служит российский индекс научного
цитирования (
РИНЦ). До появления этого источника информации
приходилось пользоваться Science Citation Index (SCI), который сканировал только около 100 журналов, издаваемых в нашей стране.
РИНЦ – это национальная информационно-аналитическая система,
содержащая ко времени проведения исследования более 2 млн публикаций российских авторов из более 2000 российских журналов –
научных, технических, медицинских. Библиометрические показатели
для авторов, организаций и журналов рассчитываются на
всем массиве публикаций, попавших в РИНЦ. Если журнал имеет переводную версию на английском языке, статьи в обоих версиях (русской и
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]