1

Введення в планування

експерименту

2

Основні напрямки завдань, що вирішуються в ПЕ

Експеримент як наукове дослідження - це форма, в якій і за допомогою якої наука існує і розвивається. Експеримент вимагає ретельної підготовки перед його проведенням.

Планування експерименту з'явилося в агробіології і пов'язаний з ім'ям англійського статистика та біолога сера Рональда Ейлмера Фішера.

Сам Рональд Фішер пояснював основи планування на прикладі експерименту виробленого для з'ясування здатності якоїсь англійської леді розрізняти, що було налито в чашку в першу чергу - чай або молоко. Слід зазначити, що для справжніх англійських леді важливо, щоб чай наливався в молоко, а не навпаки, порушення послідовності буде ознакою невігластва і зіпсує смак напою.

Експеримент проходить просто: леді пробує чай з молоком і за смаком намагається зрозуміти, в якій черговості були налиті обидва інгредієнта.

План, розроблений для цього дослідження, характеризується рядом властивостей:1) Порівняння. У багатьох дослідженнях точне визначення результату вимірювання важко або неможливо.2)Рандомізація. Рандомізація необхідна для того, щоб стало можливим застосування статистичних методів для аналізу результатів дослідження. 3) Реплікація. Неприпустимо робити висновки про здатність до визначення якості чаю тільки по одній чашці. 4) Однорідність. Незважаючи на необхідність повторення вимірювань (реплікація), їх число не повинно бути занадто велике, щоб не втратилася однорідність. 5) Стратифікація. Стратифікація - це розподіл експериментальних одиниць у відносно однорідні групи (блоки, шари).

3

Формування інформаційного забезпечення при проведенні експерименту

Вихідна інформація для подальшого аналізу досліджуваного явища (або об'єкта) формується за допомогою засобів проведення експерименту, що представляють собою сукупність засобів вимірювань різних типів, каналів передачі інформації та допоміжних пристроїв для забезпечення умов проведення експерименту. У різних предметних областях сукупність засобів для проведення експерименту може називатися по-різному. Надалі будемо користуватися терміном "вимірювальна система" (ВС).

Ефективність застосування обчислювальних засобів при проведенні експериментів проявляється в наступних основних напрямках:1) Скорочення часу підготовки і проведення експерименту в результаті прискорення збору та обробки інформації, підвищення оперативності управління режимами збору даних;2) Підвищення точності та достовірності результатів експерименту на основі використання більш складних і ефективних алгоритмів обробки вимірювальних сигналів;3) Скорочення числа дослідників, що беруть участь в проведенні експерименту, і застосування автоматичних систем, здатних виконувати свої завдання в тих умовах, в яких перебування людини небажано або неможливо;4) Покращення керованості та гнучкості експерименту за рахунок більш повного контролю за його ходом;5) Підвищення оперативності доведення результатів експерименту до споживача в найбільш зручній формі.

Таким чином, сучасні засоби проведення експерименту являють собою вимірювально-обчислювальні системи або комплекси, забезпечені розвиненими обчислювальними засобами.

4

Види дослідженьДослідження − процес наукового вивчення якого-небудь об'єкта (предмета, явища)

виявлення його закономірностей.Дослідження поділяється на такі види: опитування, спостереження, експеримент,

досвід.1) Опитування − це найбільш поширена і найважливіша форма збору даних. Приблизно 90% досліджень використовують цей метод. Опитування може бути усним або письмовим. При письмовому опитуванні учасники одержують опитувальні листи, які вони повинні заповнити і віддати за призначенням. При письмовому опитуванні оптимальний обсяг опитувальника - 10-15 питань.2) Інтерв'ю - найбільш гнучкий метод збору соціологічної інформації, який передбачає проведення бесіди (за певним планом) з респондентом, заснованої на безпосередньому, особистому контакті з респондентом. При формалізованому інтерв'ю мається конкретна схема проведення опитування (зазвичай це опитувальний лист, що містить заздалегідь підготовлені чіткі формулювання питань і продумані моделі відповідей на них). 3) Спостереження - це планомірний, організований збір необхідних даних про явища і процеси шляхом реєстрації характерних ознак, що характерні для досліджуваних явищ і процесів. Спостереження є дослідженням якогось явища природи без втручання в процес явища з боку дослідника. 4) Експеримент - метод пізнання, за допомогою якого в контрольованих і керованих умовах досліджуються явища дійсності. Відрізняючись від спостереження активним оперуванням досліджуваним об'єктом.

5

Підготовка та проведення експериментуПідготовка до проведення експерименту складається з ряду завдань:

1) Вибір необхідного числа експериментальних об'єктів;

2) Визначення необхідної тривалості проведення експерименту;

3) Вибір конкретних методик для вивчення початкового стану експериментального об'єкта, анкетного опитування, інтерв'ю, для створення відповідних ситуацій, експертної оцінки;

4) Визначення ознак, за якими можна судити про зміни в експериментальному об'єкті під впливом відповідних впливів.

Проведення експерименту:

1) Вивчення початкового стану об'єкта;

2) Вивчення початкового стану умов, в яких проводиться експеримент;

3) Фіксування даних про хід експерименту, що характеризують зміни об'єктів під впливом експериментальної системи заходів;

4) Вказівка утруднень і можливих типових недоліків у ході проведення експерименту;

5) Оцінка поточних витрат часу, коштів і зусиль.

Підведення підсумків експерименту:

1) Опис кінцевого стану об'єкта;

2) Характеристика умов, при яких експеримент дав сприятливі результати;

3) Опис особливостей суб'єктів експериментального впливу;

4) Дані про витрати часу, зусиль і засобів;

5) Вказівка меж застосування перевіреної в ході експерименту системи заходів

Досвід − дослідження якогось явища природи з втручанням у процес явища з боку дослідника, експеримент з чим-небудь або над чим-небудь.

6

Анкета для збору апріорної інформаціїПри підготовці до проведення експерименту необхідно вияснити ряд питань, від яких в

певній мірі залежить успішність досягнення поставленої задачі. З цією метою складають анкету для збору апріорної інформації. В анкету важливо включити наступні пункти:

1. Сформулювати мету дослідження.

2. Привести список параметрів, що фіксуються в ході досліджень. Для цього можна використати наступну таблицю.

3. Привести списока) всіх “запідозрюваних” факторів, що впливають на досліджуваний об’єкт; б) факторів, включених в даний експеримент. Список останніх можна оформити в виді таблиці.

Акуратно оформлена таблиця дозволяє економити час при вводі даних в ЕОМ, проводити відповідний аналіз даних та інше.

7

Класифікація експериментів

Метою експерименту є перевірка гіпотез про причинний зв'язок між явищами: дослідник створює чи шукає певну ситуацію, приводить у дію гіпотетичну причину і спостерігає за змінами в природному ході подій, фіксує їх відповідність чи невідповідність припущенням, гіпотезам.

Експерименти класифікують:За галузями наук: 1) фізичні; 2) хімічні; 3) психологічні і т.д.За способом формування умов досліду: 1) природні умови; 2) штучні умови.За метою досліджень: 1) констатуючі; 2) пошукові; 3) вирішальні.За організацією та місцем виконання: 1) польові; 2) виробничі; 3) лабораторні.За характером впливу на об’єкт дослідження: 1) інформаційні; 2) енергетичні; 3) матеріальні.За типом моделей, що вивчаються під час досліду: 1) матеріальні; 2) уявні (віртуальні).За числом факторів, які контролюються: 1) однофакторні; 2) багатофакторні.За можливістю впливу на умови проведення експерименту: 1) активні; 2) пасивні.За реалізацією всіх можливих поєднань рівнів факторів: 1) повні факторні; 2) дробові факторні.

8

Фактори та параметри оптимізаціїПараметр оптимізації - це ознака, за якою ми хочемо оптимізувати процес. Він повинен

бути кількісним, задаватися числом. Параметри оптимізації:

1) Економічні параметри оптимізації, такі як прибуток, собівартість і рентабельність, зазвичай використовуються при дослідженні діючих промислових об'єктів, тоді як витрати на експеримент має сенс оцінювати в будь-яких дослідженнях, в тому числі і лабораторних. 2) Серед техніко-економічних параметрів найбільше поширення має продуктивність. Такі параметри, як довговічність, надійність і стабільність, пов'язані з тривалими спостереженнями.Ранг - це кількісна оцінка параметра оптимізації, але вона носить умовний (суб'єктивний) характер. Ми ставимо у відповідність якісної ознакою деяке число - ранг.

Вимоги параметра оптимізації: 1) параметр оптимізації повинен виражатися одним числом 2) однозначність - заданому набору значень факторів повинно відповідати одне значення параметра оптимізації 3) вимога універсальності або повноти - розуміється його здатність всебічно характеризувати об'єкт.

Фактором називається вимірювана змінна величина, що приймає в деякий момент часу певне значення і що впливає на об'єкт дослідження.

Після вибору об'єкту дослідження і параметра оптимізації потрібно розглянути всі фактори, які можуть впливати на процес. Якщо який-небудь суттєвий фактор виявиться неврахованим і приймає довільні значення, не контрольовані експериментатором, то це значно збільшить похибку досліду. З іншого боку велике число факторів збільшує число дослідів і розмірність факторного простору. Відомо, що число дослідів рівне N=P^K, де N - число дослідів; P - число рівнів; K - число факторів.

Фактори розділяються на кількісні і якісні. До кількісних відносяться ті Фактори, які можна вимірювати, зважувати і так далі. Якісні Фактори - це різні речовини, технологічні процеси, прилади, виконавці і тому подібне.

9

Перелік використаних джерел

1. Общие принципы планирования експериметов [Електронний ресурс] / Наукова стаття Режим доступу : http://www.sciencefiles.ru/section/33/2. Информационно-измерительные системы Часть 1 (огляд літератури)

[Електронний ресурс] / В. В. Крюков Режим доступу : http://abc.vvsu.ru/Books/I_i_s_1/page0005.asp3. Анкета для збору апріорної інформації [Електронний ресурс] / wiki – стаття

Режим доступу : http://wiki.tntu.edu.ua/ПЕ2010: Виступ на семінарі:Трушик_Наталя:4. Фактори експерименту [Електронний ресурс] / wiki – стаття Режим доступу:

http://wiki.tntu.edu.ua/Фактори_експерименту5. Види експериментів [Електронний ресурс] / wiki – стаття Режим доступу:

http://wiki.tntu.edu.ua/Проведення_експерименту6. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий (огляд

літератури) [Електронний ресурс] / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановський Режим доступу : http://appmath.narod.ru/page2.html