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.
Вы любите свой родимый край, интересуетесь его историей, значит, эта книга для вас! Она содержит лучшие исследования школьников и их педагогов в различных областях знаний, но все эти маленькие открытия объединяет одно – внимательное отношение к родному краю, к его истории и развитию. Многие ответы о Невельском районе, о главных событиях и людях разной эпохи вы найдёте в этом сборнике.
Сборник призван обратить внимание на те нормы российского законодательства, которые не учитывают географические особенности северных и арктических регионов. Мы постарались отобразить лишь некоторые, на наш взгляд, наиболее «кричащие» проблемы явного недоучета местной специфики в федеральных нормах и правилах в сфере транспорта, промышленного производства, деятельности малых предприятий и т. д.
В книге раскрыты все основные аспекты, связанные с Черной пятницей – с ее понятием, происхождением термина, распространением использования термина, открытием в Черную пятницу магазинов и др. Также описаны в общих чертах Черные пятницы в ряде стран. Книга интересная и познавательная, имеющая образовательный, информационный и культурный характер. При ее подготовке использовались главным образом англоязычные источники.
Изложены правовые основы малого и среднего предпринимательства, содержание внешней предпринимательской среды в России, порядок создания малых предприятий и особенности управления ими. Раскрыта сущность нового способа ведения работ в градостроительстве – девелопмента, описана практика приобретения земельных участков, получения разрешений на строительство и ввод объектов в эксплуатацию. Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подго
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
Поэзия Марины Цветаевой удивительно многогранна. Между нежной, певучей лирикой «Вечернего альбома» и ломкими, резкими строками последних лет – целая жизнь и целая эпоха. Цветаевой суждено было многое увидеть и пережить – и обо всем рассказать в стихах.Новый выпуск «Современника» посвящен юбилею Марины Цветаевой – 130-летию со дня ее рождения. Стихи и проза, составившие это издание, переосмысляют лучшие традиции классической поэзии, ищут новые нап
Вашему вниманию предлагается новый выпуск журнала художественной литературы «Российский колокол».В этом номере:СОВРЕМЕННАЯ ПОЭЗИЯ:Владимир АлександровАнфиса ТретьяковаГОЛОСА ПРОВИНЦИИ:Сергей КоминСветлана ФеофилактоваЛИТЕРАТУРОВЕДЕНИЕ:Александр БалтинСветлана БондаренкоЮлия РеутоваИНТЕРВЬЮ:Олеся ЗиминаСОВРЕМЕННАЯ ПРОЗА:Татьяна ГенисТимур ЗульфикаровОлег КуимовАлександр ЛепещенкоПИСАТЕЛИ ДАЛЬНЕГО ЗАРУБЕЖЬЯ:Светлана БугримоваЛИТЕРАТУРНАЯ КРИТИКА:Ол