Виталий Скляр - Организация и математическое планирование эксперимента. Учебное пособие

Организация и математическое планирование эксперимента. Учебное пособие
Название: Организация и математическое планирование эксперимента. Учебное пособие
Автор:
Жанр: Прочая образовательная литература
Серии: Нет данных
ISBN: Нет данных
Год: Не установлен
О чем книга "Организация и математическое планирование эксперимента. Учебное пособие"

В учебном пособии кратко представлены основные теоретические данные, которые позволят правильно спланировать эксперимент, провести его и обработать полученные результаты. В каждом разделе присутствуют подробные примеры использования алгоритмов обработки экспериментальных данных. Учебное пособие снабжено заданиями на самостоятельную проработку, вопросами для самоконтроля и всеми необходимыми справочными материалами.

Бесплатно читать онлайн Организация и математическое планирование эксперимента. Учебное пособие


Иллюстратор Виталий Александрович Скляр


© Виталий Александрович Скляр, 2017

© Виталий Александрович Скляр, иллюстрации, 2017


ISBN 978-5-4485-2284-0

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

ВВЕДЕНИЕ

Большинство сложных научных задач проблемно решить без проведения физического или вычислительного эксперимента. Правильное, научно обоснованное, планирование эксперимента обеспечивает высокую точность, достоверность и адекватность результатов, а также может существенно сэкономить время на решение задачи. Поэтому будущий инженер-исследователь должен иметь достаточные представления о методах планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных.

В данной книге максимально сжатым образом представлены основные теоретические данные, которые позволят правильно спланировать эксперимент, провести его и обработать полученные результаты. Опущены сложные выкладки с редко применяемой на практике теорией, при желании их можно найти в специализированной литературе.

В каждом разделе присутствуют подробные примеры использования алгоритмов обработки экспериментальных данных.

Учебное пособие снабжено заданиями на самостоятельную проработку, вопросами для самоконтроля и необходимыми справочными материалами.

1. Основы экспериментальных исследований

§1. Понятие эксперимента

Эксперимент наряду с наблюдением, измерением и описанием относится к эмпирическим методам познания, что подразумевает практическое изучение реально существующих и доступных объектов исследования или их моделей. Большинство практических научных исследований реализуется в виде эксперимента. Именно разработка теоретических основ экспериментальных исследований дала тот толчок развитию науки и техники, результат которого мы и наблюдаем сейчас.

Эксперимент – это последовательность действий, направленных на получение информации об объекте исследования путем контролируемых воздействий на него в воспроизводимых условиях.

Объектом исследования (ОИ) обычно выступает технологический процесс, о котором требуется получить необходимую информацию. Наиболее часто это экспериментальная информация о реакции объекта исследования на изменение внешнего воздействия. В этом случае эксперимент проводится для улучшения (или оптимизации) показателей работы технологического агрегата с целью повышения производительности и/или качества производимой продукции, уменьшения себестоимости и т. д.

Предмет исследования является определенной частью объекта исследования, это могут быть его отдельные свойства, особенности и т. д.

Воздействия на объект производится в виде опытов.

Опыт – это воспроизведение исследуемого процесса в лабораторных или промышленных условиях с регистрацией его результатов.

Последовательность действий при проведении эксперимента включает в себя следующие шаги:

– выбор объекта исследования, установление целей, определение факторов, влияющих на объект, а также откликов, которые будут контролироваться, составление плана проведения эксперимента;

– проведение всех предусмотренных планом опытов и регистрация результатов;

– выбор необходимой методики обработки экспериментальных данных, и их анализ с получением всей необходимой информации;

– подготовка и реализация нового экспериментального исследования, если это необходимо.

§2. Факторы, отклики и требования к ним

В ходе любого эксперимента стоит задача установить наличие и вид статистической связи между факторами и откликом.

Фактором называют входную величину, которая воздействует на ОИ, т.е. управляет его поведением и вызывает определенную реакцию на ее изменение. Фактор принимает в некоторый момент определенное значение, которое называют его уровнем.

Обычно фактор обозначают латинской буквой Х, если их несколько то к букве добавляют номер фактора Х>1, X>2, X>3 … X>n,

К факторам предъявляют следующие требования:

– факторы должны быть управляемыми, т.е. исследователь в любой момент должен иметь возможность установить необходимый уровень фактора из плана эксперимента.

– факторы должны быть независимы друг от друга, т.е. уровень одного фактора не должен быть зависим от того на каком уровне находится другой фактор. Например, при исследовании процессов деформации брать в виде факторов одновременно температуру и сопротивление деформации, поскольку последнее зависит от первой. Поэтому необходимо использовать только один из них. Если это будет температура, то вторым фактором можно добавить, например, еще и скорость деформации.

– факторы должны быть совместимыми, т.е. комбинации их уровней возможно реализовать на практике (позволяет оборудование и технологический процесс) и они должны быть безопасными (сочетания факторов не должны приводить например к аварии, взрыву).

Факторы делятся на такие группы:

– контролируемые и управляемые – это факторы, уровень которых можно и измерить, и установить в любой момент времени на нужное значение (напряжение, расход газа и т.д.).

– контролируемые, но неуправляемые факторы – это факторы, величину которых можно измерить, но установить конкретный уровень невозможно (температура окружающей среды, влажность);

– неконтролируемые и неуправляемые – это факторы, уровни которых невозможно измерить или даже предугадать наличие самих факторов (износ механизмов, усталость металла, стресс у оператора механизма).

Отклик (еще можно встретить термины: параметр, реакция) – выходная величина на значение которой влияют факторы. Отклик обозначают латинской буквой Y.

Функция отклика – это уравнение, которое характеризует математическую связь между откликом и факторами

Таким образом в результате обработки экспериментальных данных на выходе необходимо получить подобную функцию отклика: y=f (x>1, x>2, … x>n)

§3. Виды экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования можно разделить на виды по нескольким признакам (рисунок 1.1).

По характеру получаемых результатов различают качественный и количественный эксперимент.

В результате качественного эксперимента устанавливается только сам факт наличия и направление влияния факторов на отклик, но количественные результаты исследования не приводятся и математическую модель не получают. Например, можно просто установить, что повышение скорости разливки на машине непрерывного литья заготовок приводит появлению дефекта «ромбичность», но не оценивать степень этого влияния.


Рисунок 1.1 – Виды экспериментов


Количественный эксперимент подразумевает получение математической модели связи между факторами и откликом или хотя бы количественную ее характеристику. Например, можно установить математическую зависимость между количеством металлолома в завалке дуговой электросталеплавильной печи и удельным расходом электроэнергии на плавку.


С этой книгой читают
В учебном пособии представлено описание энерго- и ресурсосберегающих технологий, которые используются на современных предприятиях во всем мире. Рассмотрены вопросы применения современных технологий, которые позволяют экономить ресурсы и повышают эффективность производства стали и проката. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по металлургическим специальностям.
This book shows how the famous scientific problem called "Fermat Last theorem" (FLT) allows us to reveal the insolvency and incapacity of science, in which arithmetic for various historical reasons has lost the status of the primary basis of all knowledge. The unusual genre of the book was called "Scientific Blockbuster", what means a combination of an action-packed narrative in the style of fiction with individual fragments of purely scientific
* Три измерения любви: обновление ваших отношений в полном объеме! * Как убрать перекосы в отношениях и сделать их гармоничными? Эта книга поможет тебе, если тебя интересуют вопросы: 1. Как раскрыть свою уникальность в отношениях с мужчиной? 2. Как ты можешь управлять отношениями? (секрет из Древнего Рима) 3. Что важного женщины не учитывают при уходе за внешностью? 4. Какая распространенная ошибка женщины бьет мужчину ниже пояса? 5. Как влиять н
Настоящая монография являетсялогическим продолжением Научно-популярного методического пособия «Родовая финансовая система», 2017 года издания. Издательство Ridero – ISBN 9785448549021. Необходимость соответствовать произошедшим изменениям в мире финансов и новых электронных технологиях заставляет изменить многие подходы к решению практических вопросов внедрения Международной финансовой системы.
Поурочные планы для воспитателей и классных руководителей, ведущих 1 час в неделю по предмету «Истина» во 2-м, 3-м, 4-м классах начальной школы.
Вы боитесь принимать решения… попросить босса о надбавке… разорвать не удовлетворяющую вас связь… заглядывать в будущее? Каков бы ни был ваш страх, теперь у вас есть шанс избавиться от него раз и навсегда. В книге даны проверенные временем техники, которые помогли бесчисленному множеству людей совладать со своими страхами и идти по жизни легко и уверенно. Этот бестселлер Сьюзен Джефферс выдержал 20 изданий только на английском языке и разошелся т
Так началась новая история Земли, так наступило время Океана…Большой противолодочный корабль «Североморск» уходит в дальний поход. Нечто сокрыло туманом огромный участок Карибского моря, поглотив острова, рыбаков, моряков, – все и всех. Что там внутри – неизвестно. Два российских боевых вертолета отправляются в туман. За штурвалом одного из вертолетов Сергей Субботин, рядом – штурман Евгений Голицын. И летчики даже отдаленно не представляют, что
Книга – итоговая автобиография. Её автор прожил почти целый век в очень необычное время и в необычных местах. Он уже написал несколько книг, тоже – на автобиографической основе. Поэтому все его книги – абсолютная правда. И чтобы это не выглядело хвастовством, он написал её в третьем лице.Пережитое автором, по разнообразию и обилию, выглядит просто невероятным. Потому оно и приведено, с полной уверенностью, что заинтересует читателя.Если было бы о
Купидончик засуетился. Вытащил из колчана стрелу, оперенье которой сразу заиграло всеми цветами радуги. – И я так думаю! – он улыбнулся. Не зря его дождь загнал под крышу этого здания. Прицелился, натянул тетиву лука и выстрелил.– Надеюсь, у вас все получится, – бросил малыш напоследок, вылетая на улицу.