Розділ 3. Методика експериментальних досліджень

Тема 9. Методологія та види експерименту.

Мета експерименту та його методологія. Лабораторні та виробничі досліди; активний та пасивний, одно – та багатофакторний, попередній та основний експеримент. Методика послідовного експерименту. Співвідношення експерименту та аналізу.

Експеримент є важливішим, а інколи і єдино можливим засобом дослідження, особливо складних об’єктів. Експеримент – це науково поставлений дослід або спостереження явища в точно врахованих умовах, які дозволяють відстежити за його розвитком, керувати ним, відтворювати його кожен раз при повторенні цих умов. Метою експерименту є перевірка теоретичних положень, а також поглиблене вивчення явища.

При перевірці гіпотез або теорій необхідно враховувати вихідні положення, на яких вони базуються. Немає сенсу витрачати час і кошти на експериментальну перевірку теоретичних положень, які випливають з надійно перевірених припущень, наприклад, якщо ці положення отримані з законів термодинаміки, механіки та інших. З іншого боку, не слід також перевіряти теорію або гіпотезу, якщо в її основі лежать припущення, які заздалегідь є хибними.

Експериментальні дослідження ділять на лабораторні та виробничі. Лабораторні досліди виконують на моделюючих установках, стендах. Перевагою цих дослідів є невеликі матеріальні витрати, однак такий експеримент не повністю відображує реальне явище, процес. Виробничі експерименти є більш дорогими, інколи навіть небезпечними (досить згадати аварію на ЧАЕС), однак дають адекватну інформацію щодо реальних процесів або явищ.

Методологія експерименту – це загальні принципи, структура експерименту, його постановка та послідовність виконання. Вона включає:

- розробку плану – програми експерименту;

- оцінку вимірів і вибір засобів контролю;

- проведення експерименту;

- обробку та аналіз експериментальних даних;

- встановлення адекватності.

За способом організації розрізняють пасивний та активний експерименти. В пасивному експерименті процеси спостерігають без втручання в їх хід, результати реєструють та обробляють. У залежності від тривалості спостереження може бути довгочасне або короткочасне, безперервне або дискретне, тобто, повторюване через певні проміжки часу. Активний експеримент передбачає цілеспрямоване втручання в умови ведення процесу, зміну їх в дослідах.

Активний експеримент може бути одно – та багатофакторним. Однофакторний експеримент передбачає почергове вивчення впливу на процес кожного фактора, тобто незалежної змінної об’єкту, його вхідного параметру, відокремлено при стабілізації всіх інших незалежних змінних на визначених рівнях. В багатофакторному експерименті виконують зміну всіх незалежних факторів одночасно, що дозволяє виявити взаємодію факторів і скоротити число дослідів при великий кількості змінних об’єкту.

В дослідженнях широко застосовують методику послідовного експерименту, коли він здійснюється в декілька послідовних етапів. Після кожного етапу результати аналізують і приймають рішення щодо доцільності продовження експерименту, його корегування. Така тактика, зокрема, використовується в екстремальному експерименті, в якому шукають оптимальні умови ведення технологічного процесу.

Розрізняють попередній та основний експеримент. В попередньому експерименті оцінюють апріорну інформацію і відсіюють незначущі фактори. Задачею основного експерименту є отримання математичної моделі та використання її для оптимізації об’єкту.

Попередній експеримент передбачає збір інформації трьома способами:

1. аналізом літературних джерел, оцінкою результатів досліджень аналогічних об’єктів або опитуванням фахівців;

2. аналізом результатів лабораторних випробувань;

3. постановкою відсівних експериментів на об’єкті.

Аналітик і експериментатор, які можуть поєднуватися в одній особі, для досягнення цілей досліджень повинні тісно координувати роботу.

Експериментатор визначає умови, в яких повинен виконуватися дослід, і ті дані, які підлягають визначенню. Аналітик вибирає або створює план експерименту, який дозволяє отримати ці дані з мінімальними витратами і з достатньою точністю. Експериментатор має безпосереднє відношення до об’єкту досліджень і намагається запобігти грубих помилок в дослідах. Аналітик застосовує відповідні математичні методи для отримання максимуму відомостей, які містять дослідні дані. Нарешті, експериментатор інтерпретує отримані відомості щодо відповідності їх фундаментальним положенням даної галузі науки.

Математична обробка не виключає, а, навпаки, потребує старанного виконання експерименту. Багато висновків можуть виявитися некорисними або помилковими, якщо вони отримані в результаті обробки неохайно отриманих дослідних даних. Неможливо приготувати смачну страву з неякісних продуктів, навіть якщо її буде готувати дуже досвідчений кулінар. В той же час, якщо план дослідів має значні недоліки, то відомості, які отримані навіть з численних і сумлінно виконаних дослідів, не виправдовують витраченого на них часу і коштів. Тільки при одночасній наявності належного плану експерименту, вмілому проведенні його і використанні ефективного методу обробки дослідних даних може бути забезпечена надійність результатів та висновків.