Методичні рекомендації Основні відомості про організацію і здійснення науково – дослідної роботи магістра

1.1. Основні відомості про організацію і здійснення
науково – дослідної роботи магістра
Наукове дослідження - це вивчення закономірностей розвитку явищ
об'єктивного світу і їх пояснення.
За формами організації дослідження поділяють на лабораторні,
польові, лабораторно-польові, напівпромислові, промислові.
В магістерській роботи, викладаються основи проведення теоретичних
і експериментальних досліджень в області текстильного машинобудовання,
методика обробки експериментальних даних, в тому числі, із застосуванням
фізико-математичного
пакета
Mathcad
2001
Professional
і
офісного
застосування Microsoft Exel.
Сучасне виробництво вимагає від фахівця прийняття кваліфікованих
інженерних
рішень
при
проектуванні,
виготовлення
і
експлуатації
текстильного обладнання. Уміння проводить наукові дослідження стає
необхідністю, так як часто лише з їх допомогою вдається врахувати
особливості конкретних умов виробництва і виявити резерви підвищення
його ефективності.
Залежно від поставленого завдання вмістом наукових досліджень
можуть бути:
а) пошукові дослідження і розробка науково-технічних передумов
вирішення поставленого завдання;
б) розробка експериментально-теоретичних основ здійснення існуючих
або створення нових процесів або технічних об'єктів (машин, устаткування і
т.д.);
в) виконання дослідно-конструкторських розробок об'єктів;
д) доведення і випробування розроблених об'єктів або процесів.
Перший і другий етапи виконують зазвичай науково-дослідницькі
інститути, а третій і четвертий - проектно-конструкторські організації та
науково-дослідні установи по випробуванню машин за участю вищевказаних
науково-дослідних установ.
Дослідно-конструкторські
розробки
передбачають
доведення
результатів НДР до рівня серійного виробництва розробляються об'єктів на
заводах та інших підприємствах і включають виконання проектної-технічної
документації, дослідну перевірку розроблених технічних, технологічних або
виробничих рішень.
Формування задачі
Вибір цілей
Побудова альтернатив
Відсіювання
альтернатив
Збір даних, пошукові
дослідження
Пошук нових
альтернатив
Побудова моделей
Уточнення цілей
і вимог
Відшукання можливих
рішень
уточнення вихідних
передумов і даних
аналіз чутливості
результатів
порівняння
витрат рузультатів
Рис.1.1. Схема крокової методу формулювання
і рішення науково-технічних завдань
Оптимальний
термін
фундаментальних
досліджень
6-7
років;
поіскових, основна мета яких виявити найкращий варіант наукового і
технічного рішення задачі становить 1-2 роки; прикладних досліджень - 2-3
роки; дослідно-конструкторських розробок - 1-2 роки.
Загальна схема формулювання і послідовного вирішення науковотехнічної задачі наводиться на рис. 1.1.
1.1.1. Закони розвитку текстильного машинобудування
Розвиток техніки відбувається відповідно до законів діалектики, при це
власне закони техніки можна розділити на дві групи:
1) закони організації систем (визначають життєздатність системи);
2) закони еволюції систем (визначають розвиток систем).
Найбільш загальні із законів діалектики наступні:
1. Закон єдності і боротьби протилежностей характеризує одне з
основних понять теорії розв'язання винахідницьких задач (ТРИЗ) протиріччя, яке буде детально розглянуто далі.
2. Закон переходу кількісних змін у якісні розкриває загальний
механізм розвитку. Облік закону переходу кількісних змін в якісні
відбувається на етапі вибору завдання і прогнозування розвитку систем.
Будь-яка система (в тому числі і технічна) проходить кілька етапів
свого розвитку (рис. 1.2) [3].
Ділянка III свідчить про явищах в системі деяких протиріч.
Припинення зростання даної системи (ділянка IV) не означає припинення
прогресу в цій області. З'являються нові більш досконалі системи –
відбувається стрибок у розвитку (рис. 1.2, а).
Це типовий приклад прояву закону переходу кількісних змін у якісні.
На зміну системі 1 приходить 2. Стрибкоподібне розвиток триває появляються системи 3, 4 і т.д. Загальний прогрес в галузі відбивається
стосувалися котельної (пунктирна лінія) до даних кривим (рис. 1.2, б).
3. Закон заперечення (процес розвитку відбувається по спіралі, але на
більш високому рівні із застосуванням нових елементів, матеріалів,
технологій і т.д.).
До законів організації систем відносяться:
4. Закон повноти частин системи: необхідною умовою принципової
життєздатності
технічної
системи
є
працездатність основних частин системи.
на
відмінність
і
мінімальна
І
ІІ
ІІІ
ІV
Рис. 2.1. S-подібна крива розвитку технічних систем:
I - «зародження» системи (поява ідеї і дослідних зразків);
II - промислове виготовлення системи і доопрацювання системи
відповідно до вимог ринку; III - незначне «дотискування» системи;
IV - погіршення певних параметрів системи
Щоб технічна система була керованою необхідно, щоб хоча б одна її
частина була керованою.
5. Закон «енергетичної провідності» системи: необхідною умовою
принципової життєздатності технічної системи є наскрізний прохід енергії по
всіх частинах системи.
6.
Закон
узгодження
ритміки
системи:
необхідною
умовою
принципової життєздатності технічної системи є согласування ритміки
(частоти коливань, періодичності) всіх частин системи.
1.1.2. Загальнонаукові методи
Основними з таких методів є [3]:
• спостереження - спосіб пізнання, заснований на безпосередній
сприйнятті предметів і явищ за допомогою органів почуттів без втручання в
процес з боку дослідника;
• порівняння - встановлення відмінності між об'єктами або находіння в
них загального за допомогою органів почуттів або спеціальних приладів;
• рахунок - знаходження числа, що визначає кількісне звідношення
однотипних об'єктів або їх параметрів, що характеризують ті чи інші
властивості;
• вимір - фізичний процес визначення чисельного значення певної
величини шляхом порівняння її з еталоном;
• експеримент - перевіряється істинність висунутих гіпотез або
відбувається
виявлення
закономірностей
об'єктивного
світу;
в
ході
експерименту умови можуть ізолюватися, посилюватися, послаблюватися і
т.д .;
Аналіз або синтез можна проводити за допомогою наступних методів:
- прямого або емпіричного (використовується для виділення від
слушних
частин
об'єкта,
виявлення
його
властивостей,
проведення
найпростіших вимірювань і т.п.);
- поворотного або елементарно-теоретичного, що базується на
уявленнях про причинно-наслідкові зв'язки різних явищ;
- структурно-генетичного (виявлення і виключення явищ, надають
складне вплив на об'єкт);
- абстрагування (з об'єкта виділяються і вивчаються найбільш суттєві
його ознаки);
- аналогії (виявляються подібності, що існують в природі і техніці).
Слід мати на увазі, що аналогія тісно пов'язана з моделювання або
модельним експериментом;
- аксіоматичного (деякі твердження (аксіоми) приймаються без доказів
і використовуються для отримання інших знань за певними логічними
правилами);
Всі перераховані методи умовно можна розділити на ряд рівнів:
емпіричний,
експериментально-теоретичний,
теоретичного
і
мето-
теоретичний.
Методи експериментально-теоретичного рівня (експеримент, аналіз і
синтез, індукція і дедукція, моделювання, гіпотетичний і історичний методи)
допомагають досліднику знайти ті або інші достовірні факти і зробити їх
накопичення.
Методи теоретичного рівня (абстрагування, ідеалізація, формалізація,
аналіз і синтез, індукція і дедукція, узагальнення і т.д.) дозволяють виробляти
логічне дослідження зібраних фактів, здійснювати вироблення понять,
суджень і умовиводів, а також теоретичних узагальнень.
За допомогою мето-теоретичних методів (діалектичний метод і
системний аналіз) досліджується сама теорія: шляхи побудови та границі її
застосування, системи положень і понять даної теорії.
1.1.3. Завдання і методи теоретичного дослідження
Теоретичні дослідження - це дослідження, засновані на аксіомах,
законах, принципах, постулатах і теоремах [1]. Теоретичні дослідження
дозволяють в значній мірі скоротити терміни і зменшити матеріальні витрати
на проведення досліджень.
Завданнями теоретичного дослідження є:
- узагальнення результатів дослідження;
-
знаходження
спільних
закономірностей
шляхом
обробки
і
інтерпретації досвідчених даних;
- поширення результатів дослідження на ряд подібних об'єктів без
повторення всього обсягу досліджень;
- вивчення об'єкта недоступного для безпосереднього дослідження;
- підвищення надійності експериментального дослідження об'єкта.
Теоретичне дослідження завершується формулюванням теорії.
Основним змістом теоретичних досліджень є [1]:
- вивчення фізичної природи досліджуваних об'єктів, явищ і процесів;
- побудова принципових схем досліджуваних об'єктів (наприклад,
машин, машинних агрегатів і т.д.) і схем технологічних процесів;
- побудова еквівалентних схем досліджуваних процесів, наприклад,
побудова еквівалентних схем машин і агрегатів, на яких вказані точки
наведених
мас,
осі
наведених
моментів
інерції
і
інші
механічні
характеристики;
-
побудова
розрахункових
моделей
функціонування
об'єктів
дослідження;
- рішення задач аналізу параметрів досліджуваних об'єктів.
1.1.4. Послідовність вирішення дослідницьких завдань
математичними методами
Рішення практичних завдань математичними методами виконуються в
такій послідовності: постановка задачі дослідження, вибір типу та виду
математичної моделі, аналіз рішення рівнянь математичного опису [7].
Постановка завдання дослідження здійснюється у вигляді завдання
критеріїв вивчення або управління об'єктом. При цьому встановлюється
схема взаємодії об'єкта з навколишнім середовищем і враховуються тільки
істотні фактори, система представляється замкнутої.
Вибір типу математичної моделі здійснюється на основі аналізу даних,
отриманих при пошуковому експерименті.
При цьому встановлюється: лінійність або не лінійність, динамічність
або статичність, стаціонарність або не стаціонарність об'єктів або систем.
Лінійність встановлюється за характером статичної характеристики
об'єкта.
Під статичною характеристикою об'єкта розуміється зв'язок між
величиною зовнішнього впливу на об'єкт (величини вхідного сигналу) і
максимальною величиною його реакції на зовнішнє вплив (максимальної
амплітуди вихідної характеристики системи).
Під
вихідний
характеристикою
системи
розуміється
зростання
вихідного сигналу системи в часі. Застосування лінійних моделей значно
спрощує подальший аналіз об'єктів або систем.
Нелінійність
статичної
характеристики
і
наявність
зупинки
в
реагуванні об'єкта на зовнішній вплив свідчать про не лінійність об'єкта. В
цьому випадку для його моделювання примішується нелінійна модель.
Результати пошукового експерименту дозволяють встановити схему
взаємодії об'єкта з зовнішнім середовищем за кількістю вхідних ланок.
Схеми взаємодії можуть бути наступні [5]:
одновимірно-одномірна схема
(на об'єкт діє тільки один фактор, а його
поведінка оцінюється тільки по одному
вихідному сигналу);
одновимірно-багатовимірна схема (на
об’єкт впливає один фактор, а його
проведення оцінюється за кількома
вихідним сигналом);
Вибір виду математичної моделі включає завдання області визначення
досліджуваних параметрів об'єкта, їх обмеження та усталення залежностей
між ними.
Для кількісних (числових) параметрів залежно задаються у вигляді
системи алгебраїчних або диференціальних рівнянь, а для якісних - у вигляді
табличних способів завдання функції.