ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭМПИРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕМА 2. Изучаемые вопросы: Структурная схема экспериментального научного исследования; Выбор методик экспериментального исследования; Понятие о планировании эксперимента; Условия проведения исследования; Выполнение измерений; Обработка результатов измерений; Анализ результатов и формулирование выводов.

Структурная схема типового экспериментального научного исследования в области эксплуатации автомобильного транспорта представлена на рис. 2.

Рис.2 Структурная схема экспериментального научного исследования

1) Перед началом экспериментального исследования формулируют цель и задачи исследования.

2) На втором этапе, в соответствии с поставленными задачами, выбирают методики экспериментальных исследований.

Каждая методика представляет собой целесообразную последовательность действий, направленных на решение задач экспериментального исследования. В методиках формулируются:

2.1.) требования к условиям проведения эксперимента;

2.2.) требования к используемому оборудованию;

2.3.) требования к режимам функционирования объекта исследований;

2.4.) определяются измеряемые параметры;

2.5.) требования к средствам измерений;

2.6.) определяются требования к величинам погрешностей измерений;

2.7.) обосновываются методы обработки результатов измерений;

2.8.) определяются методы анализа и (или) синтеза полученной информации;

2.9.) определяется вид и форма итогового документа;

3) На третьем этапе выполняют планирование экспериментального исследования.

Планирование выполняют с целью определения необходимого и достаточного объема испытаний (объема выборки).

Фактические значения измеряемых параметров при экспериментальных исследованиях зависят от влияния на объект исследования многих случайных внешних факторов Ф₁, Ф₂, …. Ф_m (см. Рис.1). Точность экспериментальных исследований можно значительно повысить если увеличить количество проведенных испытаний n. Поэтому в процессе планирования эксперимента определяют необходимый и достаточный объем испытаний.

4) На четвертом этапе экспериментального исследования объекту исследования обеспечивают требуемые условия проведения испытаний Ф₁, Ф₂, …. Ф_m (температура окружающей среды, влажность воздуха, дорожные условия, погодно-климатические условия и т.п.). Подключают к объекту исследования измерительное оборудование и приборы и обеспечивают его функционирование на заданных режимах. Режимы функционирования технических объектов обычно характеризуются управляющими параметрами U₁, U₂, …. U_i (скоростью нажатия на педаль управления тормозом; подача на вход коробки передач крутящего момента, частотами вращения валов (колес, шестерен), скоростью движения и т.п.);

5) На следующем этапе, при помощи измерительной аппаратуры выполняют измерение исследуемых параметров, характеризующих объект исследования (Например: управляющие параметры U₁ и U₂; функциональные параметры Х₄, Х₆; внутренние параметры объекта исследования Y₄, Y₇ и Y₉).

Как правило, результатами измерений вышеперечисленных параметров являются графики кривых, представляющие собой зависимости напряжения, снимаемого с измерительных датчиков от времени – t. В качестве примера на рисунке 3 в качестве примера приведены осциллограммы процесса торможения автомобильного колеса на стенде с беговыми барабанами. В верхней части рисунка показан график изменения нагрузки на колесо. В нижней части рисунка, график изменения тормозной силы.

6) На шестом этапе выполняют обработку результатов измерений. Для этого, каждое значение измеренного параметра умножают на тарировочный коэффициент. В нашем примере (смотри пункт 5) измерялось семь параметров (управляющие параметры U₁ и U₂; функциональные параметры Х₄, Х₆; внутренние параметры объекта исследования Y₄, Y₇ и Y₉).

Рис. 3. Осциллограммы процесса торможения автомобильного колеса на стенде с беговыми барабанами.

Для каждого параметра при тарировке систем измерения получены тарировочные коэффициенты К₁ ¸ К_g позволяющие, в процессе обработки результатов измерений, получить семь зависимостей: U₁= f(t); U₂= f(t); X₄= f(t); X₆= f(t); Y₄= f(t); Y₇= f(t) и Y₉= f(t).

7) После обработки результатов измерений приступают к анализу полученных результатов. Для подробного их анализа, в зависимости от поставленных задач экспериментального исследования, применяют как статистические, так и аналитические методы. Результатами анализа результатов экспериментального исследования часто являются графики выявленных закономерностей (Например, графики строят в среде Excel, с использованием опции «Линия тренда». Для этого столбцы электронной таблицы Excel заполняют численными значениями результатов экспериментальных исследований. Строят диаграмму (график) зависимости одного параметра (например X₆), от другого (например U₁). Строят на диаграмме линию тренда с нанесением на график уравнения выявленной зависимости X₆=f(U₁) и коэффициента достоверности аппроксимации этим уравнением результатов эксперимента.

8) На основании выявленных зависимостей делают выводы о тенденции изменения параметра X₆ объекта исследования при изменении параметра U₁. Аналогично делают выводы о каждой выявленной закономерности.

МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕМА 3. Изучаемые вопросы: Методика планирования экспериментального исследования; Цель планирования экспериментального исследования; Определение объема выборки методом проверки статистических гипотез.

Общее понятие о планированииэкспериментального исследования.

Планирование выполняют с целью определения необходимого и достаточного объема испытаний (объема выборки).

Фактические значения измеряемых параметров при экспериментальных исследованиях зависят от влияния на объект исследования многих случайных внешних факторов Ф₁, Ф₂, …. Ф_m (см. Рис.1). Точность экспериментальных исследований можно значительно повысить, если увеличить количество проведенных испытаний n. Поэтому очень важно определить необходимый и достаточный объем испытаний. Для нахождения необходимого количества испытаний n, применим известный метод проверки статистических гипотез [1].

Согласно метода проверки статистических гипотез, перед проведением экспериментов (испытаний) необходимо определить минимальное число испытаний n_и, обеспечивающее необходимую точность выполненных измерений. Для каждого испытания проверяется предположение о том, что среднеквадратическое отклонение измеряемых в эксперименте параметров не превышает некоторый, заданный исследователем уровень погрешности d_и:

.                                                        (1)

Заданный уровень погрешности d_и определяется по следующему выражению [1]:

,                                                     (2)

     где: b = 0,05 - коэффициент, учитывающий долю погрешности относительно среднего значения измеряемого параметра .

Среднее значение измеряемого параметра в свою очередь определяется по формуле [1]:

 ,                                                      (3)

где:  - сумма значений измеряемого параметра при n испытаниях;

n – количество испытаний.

Дисперсия измеренных параметров  определяется по формуле [1]:

,                                              (4)

Таким образом, среднеквадратическое отклонение e наблюдаемых параметров   определяют по формуле [1]:

,                                              (5)

где: g  = 0,95 -  доверительная вероятность;

t - коэффициент, определяемый по таблицам распределения Стьюдента при g  = 0,95 (распределение Стьюдента применяется при малых числах проведения испытаний n³4);

Реализацию данного метода нужно производить в следующем порядке:

3.1.  Проводят два экспериментальных исследования;

3.2. Согласно формулам (2 ¸ 5) определяют статистические параметры d, , e, .

3.3. Проверяют выполнение условия (1), согласно которому среднеквадратическое отклонение не должно превышать заданный уровень погрешности d_и;

3.4. При невыполнении условия (1) проводят повторные испытания;

3.5.  Повторяют пункты 3.1. – 3.3. до момента выполнения условия (1);

---

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 676; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!