4.3.5 Влияние психологических факторов на ход и качество эксперимента

В процессе проведения эксперимента измерения различ­ных показателей не могут быть выполнены абсолютно точно, по следующим причинам:

• сами приборы имеют определенную погрешность,

• методов и средств измерений несовершенны,

• недостаточно тщательно проведены опыты,

• влияют различные неучтенные факторы в процессе опыта,

• влияют субъективных особенностей экспериментатора.

Получение и обработка статистических данных требуют большого внимания и навыков. Основная задача измерений – осуществлять измерения с наименьшими погрешностями, использовать все возможные методы устранения систе­матических и случайных ошибок.

Погрешности измерений классифицируют на систематические и случайные. Систематические погрешности можно разделить на следующие группы: инструментальные погрешности, субъективные погрешности, погрешности метода.

Одним из эффективных методов устранения систематических оши­бок является исключение их в процессе повторных из­мерений величин. Применяют также метод замещения, при котором в процессе измерений вместо исследуемого объекта устанавливают эталонированный, заранее изме­ренный с высокой точностью. Разность в измерениях поз­воляет найти погрешность измерительного средства.

Психологическими причинами погрешностей являются: различные психологические барьеры, вера в совершен­ство и универсальность старых представлений, инерционность мышления, боязнь нового.

4.3.6 Вычислительный эксперимент

Вычислительный эксперимент (ВЭ) основан на применении прикладной математики и электронно-вычис­лительных машин как технической базы при использова­нии математических моделей.

Основой вычисли­тельного эксперимента является создание матема­тической модели изучаемого объекта, которая форми­руется с помощью некоторой особой математической структуры, способной отражать свойства объекта, проявляемые им в различных экспериментальных усло­виях.

Однако эта математическая структура превращают­ся в модель лишь тогда, когда элементам структуры да­ется физическая интерпретация, когда устанавливается соотношение между параметрами математической струк­туры и экспериментально определенными свойствами объекта.

На основе математического моделирования и методов вычислительной математики созданы теория и практика ВЭ.

Технологиче­ский цикл ВЭразделяется на следующие этапы:

1. Для исследуемого объекта строится физическая модель.

2. Разрабатывается метод расчета сформулированной математической задачи.

3. Разрабатываются алгоритм и программа решения задачи на ЭВМ.

4. Проведение расчетов на ЭВМ.

5. Обработка результатов расчетов, их анализ и вы­воды.

Вычислительный эксперимент приобретает исключи­тельное значение в тех случаях, когда натурные экспери­менты и построение физической модели оказываются или не­возможными, или чрезвычайно дорогими.

В науке и технике известно немало областей, в кото­рых вычислительный эксперимент оказывается единст­венно возможным при исследовании сложных систем.

4.3.7 Элементы теории планирования эксперимента

Математическая теория эксперимента определяет усло­вия оптимального проведения исследования, в том числе и при неполном знании физической сущности явления. Для этого используются математические методы при подго­товке и проведении опытов, что позволяет:

• исследовать и оптимизировать сложные системы и процессы,

• обеспечивать высокую эффективность эксперимента

• обеспечивать высокую точность определения исследуемых факторов.

• обеспечивать эффективное управление экспериментом при не­полном знании механизма явлений.

Эксперименты обычно ставятся небольшими сериями по заранее согласованному алгоритму. После каждой небольшой серии опытов производится обработка результатов наблюдений и принимается стро­го обоснованное решение о том, что делать дальше.

При использовании методов математического плани­рования эксперимента возможно решать различные во­просы, связанные с изучением сложных процессов и яв­лений; проводить эксперимент с целью адаптации тех­нологического процесса к изменяющимся оптимальным условиям его протекания; обеспечивать таким образом высокую эффективность его осуществления и др.

Теория математического эксперимента содержит ряд концепций, которые обеспечивают успешную реализацию задач исследования. К ним относятся концепции рандо­мизации, последовательного эксперимента, математиче­ского моделирования.

Важное место в теории планирования эксперимента занимают вопросы оптимизации исследуемых процессов (рис.4.4), свойств многокомпонентных систем или других объектов. Как правило, нельзя найти такое сочетание значений влияющих факторов, при котором одновременно дости­гается экстремум всех функций отклика. Например, максимальный крутящий момент двигателя и минималь­ный расход топлива достигаются при различных режи­мах работы. Поэтому в большинстве случаев за крите­рий оптимальности выбирают лишь одну из переменных состояния – функцию отклика, характеризующую про­цесс, а остальные принимают приемлемыми для данного случая.

Методы планирования эксперимента в настоя­щее время получили широкое распространение, чему способствует воз­можность широкого использования ЭВМ.

Рисунок 4.4 – Структурная схема эксперимента: а) с целью математического описания исследуемого процесса, б) с целью оптимизации исследуемого процесса