المفاهيم والتعريفات الأساسية الغرض من دراسة التخصص هو التعرف على الأساليب الحالية وأساليب حل المشكلات الهندسية وطرق التخطيط وإجراءات إجراء ومعالجة وتحليل نتائج التجربة الهندسية.

المفاهيم والتعريفات الأساسية المشكلة الهندسية هي مهمة تحويل أو نقل كائن من حالته الأولية إلى الحالة النهائية المطلوبة في ظل وجود قيود موضوعية: تقنية، تكنولوجية، طاقة، معلومات، موارد مادية، إلخ. لا يمكن للمشكلة الهندسية إلا أن ويؤخذ في الاعتبار عند وجودها أن هناك عدة طرق بديلة لحلها وعلى المهندس أن يختار من بين هذه الطرق الطريقة الأكثر تفضيلاً والتي تستوفي الشروط والقيود الموضوعة.

التجربة كموضوع للبحث يتميز البحث الهندسي بمزيج من الأساليب التجريبية والتحليلية لدراسة الظواهر والعمليات. التجربة هي طريقة للمعرفة يتم من خلالها دراسة ظاهرة الواقع في ظل ظروف خاضعة للرقابة والتحكم. تُفهم التجربة الهندسية (EE) على أنها مجموعة من التجارب التي يوحدها هدف واحد ونظام واحد من القيود في المكان والزمان.

التجربة كموضوع للبحث دعونا نفكر في التصنيف التالي لـ IE: النوعي - يتم إجراؤه لإثبات وجود أو عدم وجود خصائص أو خصائص معينة لكائن ما؛ القياس - يتم إجراؤه من أجل تحديد الخصائص الكمية للكائن قيد الدراسة؛ السلبي - هي الطريقة التقليدية عندما يتم إجراء سلسلة كبيرة من التجارب مع اختلافات متناوبة في العوامل المؤثرة؛ نشط - يتم تنفيذه وفقًا لخطة تجريبية معدة مسبقًا، والتي تنص على التغيير المتزامن لجميع المعلمات التي تؤثر على العملية.

التجربة كموضوع للبحث في التجارب الطبيعية، يتعامل الباحث بشكل مباشر مع الشيء والظاهرة محل الدراسة. في التجارب النموذجية، يتم استبدال موضوع الدراسة بنموذجه - بعض التشابه مع الأصل، مع الحفاظ على ميزاته الضرورية لهذه الدراسة. يتم تنفيذ النمذجة (بناء النموذج) على أساس نظرية التشابه.

التجربة كموضوع للبحث حسب مراحل البحث العلمي تنقسم التجارب إلى مختبرية وتجاربية وصناعية. يمكن تقسيم أي تجربة إلى أربع مراحل رئيسية: 1) تحديد مشكلة التجربة (هدفها)؛ 2) التخطيط للتجربة. 3) إعداد وإجراء التجربة؛ 4) معالجة وتحليل نتائج التجربة والاستنتاجات والتوصيات.

التجربة كموضوع للبحث التخطيط التجريبي هو الإجراء الخاص باختيار عدد وتسلسل التجارب اللازمة والكافي لتحقيق هدف التجربة بالدقة المطلوبة. تسمح نظرية التصميم التجريبي (PET) بأقل عدد من التجارب بالحصول على نموذج رياضي للعملية وتحديد المسارات المثلى لحدوثها. أساس TPE هو الإحصائيات الرياضية ونظرية الاحتمالات، حيث أن نتائج التجربة هي في الأساس متغيرات عشوائية أو عمليات عشوائية. قد يكون السبب في ذلك هو الظروف التجريبية غير المنضبطة، والأخطاء في الملاحظات والقياسات، وما إلى ذلك.

وظيفة الهدف والعوامل مثال. لنفكر في عملية التلامس بين إطار السيارة والسطح الداعم. تعتمد قيمة الضغط النوعي في مستوى التلامس على الأبعاد الهندسية للإطار، ووزن السيارة، والضغط في حجرة الإطار، وحالة سطح الطريق، وما إلى ذلك. المتغيرات المستقلة المدرجة التي تؤثر على القيمة التابعة تسمى العوامل قيد النظر (الضغط في مستوى الاتصال) بالعوامل، وتسمى القيمة التابعة دالة الهدف أو بتعبير أدق دالة الاستجابة (الاستجابة لعامل متغير)، والتي تربط المتغيرات المستقلة (العوامل) بالمتغير التابع قيد الدراسة:

دالة الهدف والعوامل تسمى القيم التي تأخذها العوامل في التجربة بمستويات العوامل. المستوى الأدنى للعامل هو أدنى قيمة يمكن أن يأخذها العامل في التجربة. المستوى الأعلى للعامل هو أعلى قيمة يمكن أن يأخذها العامل في التجربة. المستوى الصفري للعامل هو منتصف نطاق تغيرات العامل.

دالة الهدف والعوامل مستويات العامل يوضح الشكل: × 1 دقيقة - المستوى الأدنى للعامل؛ × 1 كحد أقصى – المستوى الأعلى للعامل؛ × 10 - مستوى عامل الصفر.

وظيفة الهدف وعوامله تنقسم العوامل إلى عوامل ضابطة، ومتحكم فيها، وغير قابلة للتحكم. المديرون هم أولئك الذين يُعرفون أسمائهم ونطاق التغيير. سيتم التحكم في العامل إذا تم استيفاء المتطلبات التالية: قابلية القياس - أي القدرة على قياس العامل باستخدام أدوات القياس المتاحة بالدقة المطلوبة؛ القدرة على التحكم – القدرة على الحفاظ على عامل عند مستوى محدد سلفا؛ الاستقلالية – عدم الاعتماد على عوامل أخرى؛ التوافق – إمكانية التنفيذ العملي للجمع المقصود من عاملين أو أكثر.

وظيفة الهدف والعوامل يتم تحديد نطاق التغيرات في مستويات العامل بناءً على الظروف التجريبية المحددة. يتم تحديد فترات اختلاف العامل ضمن النطاق بناءً على شروط التمييز. تكمن قابلية التمييز في حقيقة أن الفاصل الزمني لمستويات العامل يجب أن لا يقل عن ضعف الانحراف المعياري لقياس هذا العامل، وإلا فسيكون من المستحيل التمييز بين النتائج التي تم الحصول عليها.

وظيفة الهدف وعوامله العوامل التي يمكن التحكم فيها - تشمل، على سبيل المثال، العوامل البيئية التي يمكن أن تؤثر على وظيفة الهدف. عند اختبار السيارة في المختبر، تشمل العوامل الخاضعة للرقابة عادة درجة حرارة الهواء والضغط والرطوبة في وقت إجراء الاختبارات. يتم تسجيل هذه القيم في البروتوكول التجريبي.

وظيفة الهدف وعوامله العوامل التي لا يمكن السيطرة عليها (المزعجة) تكون عشوائية تمامًا سواء في وقت ظهورها أو في قوة تأثيرها على وظيفة الهدف. يجب استبعاد التجارب التي تم فيها الكشف عن تأثير العوامل غير المنضبطة من إجمالي عدد التجارب في هذه التجربة.

أسئلة الاختبار 1. مشكلة هندسية. مخطط كتلة عام لحل مشكلة هندسية. تصنيف ومراحل التجربة الهندسية الأهداف والعوامل الوظيفية.

الاتحاد الروسي

الوكالة الفيدرالية للتعليم

نظام شمال القوقاز لصداقة الشعوب

معهد التعدين والمعادن (GTU)

قسم الإمداد الكهربائي للمؤسسات الصناعية

تخطيط

تجربة

(ملاحظات المحاضرة)

فلاديكافكاز، 2004

محاضرات دورة "تخطيط التجربة" مخصصة لطلاب التخصص 100400 "إمدادات الطاقة للمؤسسات الصناعية" الذين يدرسون في السنة الرابعة.

الهدف من دورة "التخطيط للتجربة" هو تعريف الطلاب بالمفاهيم الأساسية وطرق تخطيط التجربة في ظروف المختبر والإنتاج، وتعليم الطلاب كيفية تطبيق المعرفة المكتسبة في العمل البحثي داخل الجامعة وفي أنشطة الإنتاج الإضافية .

لإتقان مادة دورة "التخطيط التجريبي" بنجاح، يلزم معرفة تخصصات "الرياضيات العليا"، "المشكلات الرياضية في صناعة الطاقة الكهربائية"، "أساسيات علم القياس". يتطلب معرفة مفهوم وخصائص الدوال المستمرة للعديد من المتغيرات، حساب التفاضل والتكامل، توسيع الدوال إلى متسلسلة قوى، سلوك الدوال وبناء الرسوم البيانية، خصائص الأسطح من الدرجة الثانية، خصائص المصفوفات، حساب وتحليل المحددات، مفهوم الاحتمال وخصائصه، تحديد التقديرات النقطية والفواصل للكميات العشوائية، التحقق من الأخطاء الإحصائية، مفهوم خطأ القياس ودقته، إلخ.

وفقًا لمنهج SKGMI (GTU)، توفر دورة "التخطيط التجريبي" رصيدًا في الفصل الدراسي السابع.

إعداد: دكتور في العلوم التقنية، أ. فاسيلييف آي.

دكتوراه، الفن. القس. كليويف ر.ف.

مقدمة

1. أساسيات نظرية التجربة الهندسية

1.1. التجربة كموضوع للبحث

"...النظرية شيء جيد،

ولكن التجربة الصحيحة

يبقى إلى الأبد" (ب. كابيتسا)

يتميز البحث الهندسي بمزيج عضوي من الأساليب التحليلية والتجريبية لدراسة الظواهر والعمليات. عادة، يتم إجراء التجربة على أساس نظرية معينة تحدد صياغة المشكلة وتفسير النتائج التجريبية. الأكثر انتشارًا في مجال هندسة الطاقة الكهربائية هي تجارب القياس التي تكشف عن الخصائص الكمية للأشياء قيد الدراسة. وهي مقسمة إلى سلبية ونشطة. في التجارب السلبية، تتم ملاحظة العمليات دون تدخل بشري في مسارها. في التجارب النشطة، يتم إجراء التجارب التي توفر تسلسل معين من التغييرات في العوامل المؤثرة من قبل الشخص. يتم إجراء التجارب إما على كائنات واسعة النطاق أو على نماذج، بما في ذلك النماذج الرياضية، التي تحافظ على سمات الكائنات الطبيعية. تتم معالجة النتائج التجريبية باستخدام أساليب الإحصاء الرياضي وتفسيرها على أساس المفاهيم النظرية. يظهر الشكل 1 مخططًا مبسطًا لتجربة قياس نموذجية. 1.1.

من الشكل. 1.1. ويترتب على ذلك أن التجربة الهندسية تعتمد على نظرية معالجة نتائج الملاحظة، وهي نظرية تخطيط التجربة، وهي حديثة نسبياً وتتطور بشكل مكثف. الشرط الرئيسي للنتائج التجريبية هو استنساخها، أي. الحصول على نتائج متطابقة نوعياً عند تكرار التجارب التي أجراها مجربون آخرون على منشآت أخرى.

تجدر الإشارة إلى أن دقة معدات الاختبار تكون دائمًا محدودة ويجب أن تتوافق مع الدقة المطلوبة للنتائج التجريبية، والتي لا يمكن أن تكون أعلى من دقة معدات الاختبار. والنتيجة النهائية للدراسة هي بناء نموذج رياضي انحداري يجب على الباحث تحديد الخطأ فيه حسب طبيعة المشكلة التي يتم حلها.

لتحليل مستويات الجهد، التي لا يتجاوز تغييرها 10% (2.54)، يمكن قبول خطأ لا يزيد عن خطأ أدوات القياس للنموذج، أي. 1-2%.

عند تحليل خسائر الطاقة النشطة، يجب تقريب قيمة خسائر الكهرباء المعبر عنها كنسبة مئوية بحيث لا يحتوي الرقم على أكثر من منزلة عشرية واحدة. وهذا يعني أنه إذا كانت خسائر الكهرباء في شبكات الإمداد تصل إلى 5% من إجمالي التوليد، فمن أجل ضمان دقة العلامة العشرية الأولى، من الضروري أن يكون هناك نموذج ذو دقة
وبالتالي، لأغراض تحليل خسائر الكهرباء وتقييم فعالية التدابير المتخذة لتقليل الخسائر، يجب أن يحتوي النموذج على خطأ لا يزيد عن 1-2٪.

في التحليل المقارن لفقد الطاقة، يمكن أن يكون الخطأ أعلى، حوالي 5%. لتحديد خسائر الطاقة التفاعلية وتيارات الدائرة القصيرة، يمكن أن يسمح النموذج بخطأ قدره 10%.

التخطيط التجريبي هو إجراء لاختيار العدد والشروط اللازمة لإعداد التجارب الضرورية والكافية لحل مشكلة معينة بالدقة المطلوبة وطرق المعالجة الرياضية لنتائجها واتخاذ القرار.

تختلف طريقة تخطيط التجارب (PEM) للحصول على معادلات الانحدار عن الإجراء المعتاد لطريقة المربعات الصغرى (LSM) في تنظيم التجارب (الحسابات) التي تتم عند نقاط معينة وبالكميات المطلوبة، إمكانية استخدامها بعض معايير المثالية عند بناء الخطط التجريبية، والتخفيض الكبير في تعقيد حسابات معاملات معادلة الانحدار لحالة التخطيط المتعامد.

في أغلب الأحيان، يتم إعداد التجربة لحل واحدة من مشكلتين رئيسيتين. المشكلة الأولى تسمى المتطرفة. وهو يتألف من إيجاد شروط العملية التي تضمن الحصول على القيمة المثلى للمعلمة المحددة. علامة المشاكل القصوى هي الحاجة إلى البحث عن الحد الأقصى لبعض الوظائف. تسمى التجارب التي يتم إجراؤها لحل مشاكل التحسين بالمتطرفة.

المشكلة الثانية تسمى الاستيفاء. وتتكون من بناء صيغة استيفاء للتنبؤ بقيم المعلمة محل الدراسة والتي تعتمد على عدد من العوامل. لحل أي مشكلة، من الضروري أن يكون لديك نموذج رياضي لموضوع البحث. نعني بالنموذج شكل دالة الاستجابة (الاعتماد) y=f(x 1, x 2,...., x n) حيث x 1, x 2,...., x n متغيرات مستقلة، y هو قيمة تعتمد عليهم. يمكن أن تكون العلاقة بين y وx i مختلفة (وظيفية أو عشوائية أو ارتباطية). ويتم التعبير عنه في أن متغير عشوائي آخر يتفاعل مع التغيرات في متغير واحد عن طريق تغيير توقعه الرياضي أو قيمته المتوسطة (المتوسط)، وكذلك اتصال المتغير العشوائي بقيم غير عشوائية. يتم حل المشكلة على أساس تحليل الانحدار.

بريفالوف بيوتر فاسيليفيتش

أساسيات التجربة الهندسية

زاجيجاييف، رومانوف – طرق تخطيط ومعالجة نتائج التجارب الفيزيائية.

شينك – نظرية التجربة الهندسية

كوندراشوف، شيستوبالوف – أساسيات التجربة الفيزيائية والمعالجة الرياضية لنتائج القياس

إرماكوف إس إم – النظرية الرياضية لتخطيط التجارب.

المحاضرة 1 – 27/09/11

التجربة كموضوع للبحث

يمكن تصنيف التجربة الهندسية وفق معايير مختلفة: حسب عدد المتغيرات، تأثير المتغيرات الخارجية، طبيعة تفاعل المتغيرات، وهكذا، بغض النظر عما إذا كانت التجارب صناعية، بحثية، إنتاجية، استكشافية، نظرية. أو تطبيقها.

على سبيل المثال، عند دراسة آلة بناء متعددة الأغراض، يتم تجميع التقارير: حول تشغيل المحرك تحت أحمال مختلفة، وأنظمة التحكم في معدات العمل...

قد تختلف التجارب من حيث التعقيد، ولكن في الواقع، يتم تصميم جميع التجارب وإجرائها وتحليلها بنفس التسلسل. وهي تختلف قليلاً في شكل التقارير المقدمة. يمكن أن تحتوي التقارير الخاصة بالكائنات المعقدة على أقسام منفصلة لكل جزء من الكائن، والتي يتم تجميعها بواسطة متخصصين في مجال معين من المعرفة.

تنتهي أي تجربة بعرض النتائج وصياغة الاستنتاجات والتوصيات. يمكن تقديم المعلومات في شكل رسوم بيانية، أو صيغ رياضية، أو أحرف واحدة، أو جداول، أو أوصاف لفظية. يمكن تقديم النتيجة كدالة للمتغيرات. باستخدام الصيغ، يمكنك تمثيل تبعيات عدد أكبر من المتغيرات. يمكن أن يوفر المقياس الإحصائي معلومات حول مجموعة البيانات بأكملها وعن تباين العناصر الفردية للسكان.

تتيح لك التجربة الهندسية اتخاذ قرار بمواصلة الاختبار أو الاعتراف بالفشل. عند إجراء التجارب، لا بد من الاختبار الذاتي، مهما كانت كفاءة المجرب. هذا الفحص مطلوب في كل مرحلة من التجربة. دقة القياسات مطلوبة، وتتنوع المتغيرات حتى يتم الحصول على العدد الأمثل أو السكان العقلاني؛ إذا كان هناك تشتت كبير في البيانات، فيجب إجراء تجارب متكررة.

لا يمكن إجراء التجربة بالحدس، ولا يمكن تجاهل احتمال حدوث أخطاء منهجية، ولا يمكن إجراء محاولات متأخرة لتسجيل البيانات، لأن هذه التجربة في معظم الحالات ستكون طويلة ومكلفة وغير دقيقة.

أصعب مهمة في التجربة الهندسية هي الصياغة الصحيحة للأسئلة المتعلقة ببناء الخطة التجريبية.

التعاريف والمصطلحات

وفي مجال التخطيط التجريبي لا بد من استخدام مصطلحات لها معنى ضيق ولكنها تعكس المعنى المادي بدقة. يتم تمثيل المعدات أو الأجهزة بثلاثة أجزاء: أدوات القياس، ومعدات الاختبار، وعينة تجريبية لكائن الاختبار.

أدوات القياس تدرك وتقرأ وتقيس وتلاحظ وتسجل وتخزن وتصحح وتعرض.

معدات الاختبار هي كل ما هو ضروري لإجراء التجربة، بما في ذلك أدوات القياس وموضوع الدراسة.

عينة الاختبار هي كائن يتم اختباره، ويمكن استبداله بآخر إذا لزم الأمر.

الخطة التجريبية – مجموعة من التعليمات لإجراء التجربة تشير إلى تسلسل العمل وطبيعة وحجم قياسات المتغيرات.

تسلسل التجربة هو الترتيب الذي يتم به إجراء التغييرات على تشغيل معدات القياس.

التكرار هو تكرار التجربة، أي العودة إلى الظروف الأصلية.

متغير - أي كمية مادية متغيرة. إذا تغيرت الكمية بشكل مستقل أو اعتمادا على كميات أخرى، فإنها يمكن أن تكون متغيرات مستقلة وتابعة. إذا كان لكمية معينة تأثير عشوائي، فإنها تسمى متغيرا خارجيا.

التجربة المضبوطة هي تجربة يتم فيها استبعاد تأثير المتغيرات الخارجية، ويمكن تغيير المتغيرات المستقلة بناء على طلب الباحث. يمكن أن تكون الأخطاء منهجية أو عشوائية. الأخطاء التي لها قيمة ثابتة هي أخطاء منهجية، والأخطاء العشوائية تختلف باختلاف القياسات المتكررة.

تتيح لنا الطريقة الإحصائية تحديد متوسط ​​قيم الأخطاء العشوائية. يتم التعبير عن الخطأ بعدد معين من أي بعد ويتم تعريفه على أنه الفرق بين القراءة المعايرة (أو المعروفة) والقراءة المأخوذة من الجهاز.

عدم اليقين هو عدم دقة القيمة، وهو تقدير للخطأ.

العشوائية - المعادلة.

البيانات هي صورة رمزية، وهي نتاج تجربة (أرقام، صور فوتوغرافية).

البيانات المعالجة - البيانات المرسومة على الرسم البياني، تشكل علاقة رسومية وتشير إلى العلاقة الوظيفية بين المتغيرات التابعة والمستقلة، والتي يمكن كتابتها كصيغة.

عند إجراء تجربة، يتم الحصول على عينة محدودة من القراءات من مجموعة لا حصر لها من الأخطاء (البيانات). وكلما كانت العينة أكبر، كان توزيعها أقرب إلى توزيع السكان.

التسميات - تُستخدم بشكل أساسي في الصيغ التي تحدد المعنى المادي لعمل الكائن. يتم استخدامها للمجاميع التي تحدد الغرض أو العلاقة بكمية فيزيائية (عملية). ومن المرغوب فيه أن تكون الأوصاف العددية والرمزية والنظرية متطابقة ولها أساس حقيقي. يتم تحديد التسميات دائمًا، على سبيل المثال، تتم الإشارة إلى الثوابت والمتغيرات، والمتغيرات أو الإحداثيات الخاضعة للرقابة، وانحراف القيم الفعلية أو المقاسة عن القيم الدقيقة أو المعايرة، والتي يشار إليها بمؤشر (X 0 -X = x). وينص أيضا على استخدام الحروف الهجائية اللاتينية واليونانية.

تجربة هندسية

البحث والاقتصاد

أورالENIN.228.68.2012

تمت الموافقة على برنامج الوحدة في اجتماع للأقسام:

5.1.1 الأدبيات الأساسية

أساسيات نظرية التجربة الهندسية. كتاب مدرسي للجامعات. م: دار النشر. ماي. 2007. المعالجة الأولية للنتائج التجريبية. كتاب مدرسي للجامعات. م: ظبية. 2008. الطرق الرياضية لتخطيط التجارب. م: ديلي. 2008.

5.1.2 مزيد من القراءة

الإحصاء والتخطيط التجريبي في التكنولوجيا والعلوم. طرق معالجة البيانات. م: مير. 1988. انتقال الحرارة والكتلة. التجربة التقنية الحرارية: كتيب/وغيرها.م:الطاقة. 1992.

5.2 البرمجيات

5.3 قواعد البيانات والمعلومات والمراجع وأنظمة البحث

بوابة المعلومات والموارد التعليمية http://study. ustu. رو.

مكتبة المنطقة العلمية http://library. ustu. رو

7.4 قائمة الكلمات الرئيسية الانضباط

رقم المقطع	رقم الوحدة	اسم القسم	الكلمات الرئيسية للقسم
	الخصائص العامة للتجربة الهندسية.	التجربة الهندسية وأهداف وغايات التجربة. هيكل التجربة. تجربة نموذجية.
	تخطيط التجربة.	أنواع التخطيط. خطط متعامدة. تصميمات عاملية كاملة وكسرية. مشاكل التحسين.
	النماذج والأساليب الرياضية في التجارب الهندسية	النماذج الرياضية. بناء النموذج، هيكل النموذج الرياضي. طريقة تقييمات الخبراء. الطرق التحليلية والعددية.
	التجربة الهندسية ومعالجة نتائجها.	قياسات. عدد القياسات. معالجة النتائج. قوانين توزيع أخطاء البيانات التجريبية.