- •Содержание
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Схема взаимосвязей научных исследований и исполнителей
- •Классификация наук
- •Мировая классификация наук:
- •Российская классификация наук:
- •Российские академии
- •Виды научной деятельности
- •Классификация методик научных исследований
- •Виды научных исследований
- •Основные принципы организации научных исследований
- •Руководящие документы в организации, научной деятельности
- •Организационная структура управления образованием и наукой
- •ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
- •БЛОК АПРИОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
- •Априорный анализ и разработка структурной модели априорного модуля
- •Обобщенная схема исследования
- •Конструктивно-технологический анализ объекта
- •3. Тепловые нагрузки
- •4. Трение и износ
- •Схема влияния объектно-эксплуатационных факторов.
- •Результаты блока априорного анализа
- •Постановка задачи
- •БЛОК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ (БТО)
- •Технологическое оснащение
- •Модуль отбора факторов
- •Выбор и разработка оборудования
- •Структура блока технологического оснащения
- •БЛОК ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
- •Принятие решений перед планированием эксперимента
- •Выбор интервалов варьирования.
- •1. Метод априорного ранжирования
- •2. Метод случайного баланса
- •Пример построения диаграммы
- •Основные термины планирования эксперимента
- •1. Выбор математической модели
- •Типы регрессионных моделей
- •2. Определение интервала, диапазона Xi
- •3.Выбор плана эксперимента. Типы планов экспериментальных исследований
- •Классический план эксперимента
- •Латинские планы
- •Греко-латинские планы
- •Гипер-греко-латинский план (ГГЛП)
- •Комбинационные планы
- •Планы на основе матрицы Адамара
- •1. Планы 1-го порядка.
- •1.1. План полного факторного эксперимента (ПФЭ)
- •Свойства планов ПФЭ: ПЭФ 2х2
- •Геометрическая интерпретация плана и его математической модели. ПЭФ 2
- •2. План дробного факторного эксперимента ДФЭ
- •Пример плана ДФЭ: 24-1
- •Пример плана ДФЭ: 25-2
- •Планы 2-го порядка
- •Ортогональный центральный композиционный план ОЦКП.
- •Рототабельньй центральный композиционный план РЦКП.
- •План Бокса (Вк)
- •План Бокса - Бенкена (В-В)
- •План Рехтшафнера
- •Технологические рекомендации по результатам планирования
- •БЛОК ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
- •Алгоритм предварительной обработки данных
- •Алгоритм вторичной обработки экспериментальных данных
- •БЛОК ИНТЕРПРЕТАЦИИ И АНАЛИЗА
- •Определение параметров интерпретации
- •Интерпретация регрессионной модели
- •Анализ регрессионных зависимостей
-существенные факторы;
-провести их ранжирование;
-дисперсионные характеристики.
Для техники принимается Р=0,99 - 1 - уровень технической отработки объекта; Р=0,95 -2 - экспериментальные лабораторные исследования; Р=0,90 - 3 - лаборатории и предварительный эксперимент; Р=0,75 - 4 - первичные испытания новых объектов; Р=0,5 - 5 - отработка объектов и математических моделей.
По значению F можно определить вероятное преимущество одного фактора перед другим.
Греко-латинские планы
В этих планах к латинским обозначениям прибавляются греческие буквы (3-х факторные планы).
Построим план АхВх ,
m=3 l=3
Такие планы позволяют значительно сократить число опытов так для трех факторов на 3 уровне 27 опытов для классического плана.
Алгопитм аналогичен латинскому
|
А |
|
|
Таблица 11 |
|
В |
A1 |
A2 |
A3 |
||
|
|||||
|
|
|
|
||
B1 |
|
1 Y1 |
2 Y4 |
3 Y7 |
|
B2 |
|
2 Y2 |
3 Y5 |
1 Y8 |
|
B3 |
|
3 Y3 |
1 Y6 |
2 Y9 |
i смещены, чтобы не было повторов.
Определяем соответствие эмпирических зависимостей:
SA2 FAост существенный
SB2 FBост существенный
S 2 F ост существенный
Можно определять по критерию Фишера FAB ранг .
Например, H0 – нулевая гипотеза, которая позволяет определить критерии Фишера:
FA |
|
|
S A2 |
Fкр A ; B ; p , |
|
B |
SB2 |
||||
|
|
|
где νА, νВ – статистические степени свободы, р – вероятность для данного случая (из списка типовых).
Греко-латинские планы имеют преимущество перед классич. В сокращении числа опытов в 3 раза, как и перед латинскими планами.
Преимущества ГЛП:
-определяются существенные факторы;
-определяется ранг;
47
- сокращается число опытов.
Гипер-греко-латинский план (ГГЛП)
ГГЛП - планы АхВх х
m=3; к=4; l=3.
Используются при числе факторов более 4. Цель:
1. Оценка существенности воздействий хi, (A,B, , );
2 .Оценка преимущественного воздействия хi, ранжирование xi. При построении плана необходимо учитывать исходя из априорных данных взаимные влияния факторов на различных уровнях, целесообразно избегать сочетания факторов на mах и min уровнях.
|
|
А |
|
|
|
Таблица 12 |
В |
|
A1 |
A2 |
A3 |
||
|
|
|||||
|
|
γ3 |
γ1 |
γ2 |
||
|
B1 |
|
||||
|
|
1 |
Y1 |
2 Y4 |
3 Y7 |
|
|
|
|
||||
|
B2 |
|
γ1 |
γ2 |
γ3 |
|
|
|
2 |
Y2 |
3 Y5 |
1 Y8 |
|
|
|
|
||||
|
B3 |
|
γ2 |
γ3 |
γ1 |
|
|
|
3 |
Y3 |
1 Y6 |
2 Y9 |
|
|
|
|
ГГЛП позволяет определить существенность факторов и их ранжирование на заданном уровне вероятности.
Комбинационные планы
Являются сочетанием классического и ГГЛП, позволяют наравне с дисперсионными характеристиками выявить математические модели и провести их графо-аналитические исследования.
Если число уровней по факторам одинаково, то получаются комбинационные квадраты (КК), если различны, то получаются комбинационные прямоугольники.
Эти планы позволяют оценить статистические характеристики объекта, а также определить функциональные зависимости (многофакторные) и построить графические зависимости. При построении таких планов необходимо стремиться к тому, чтобы число уровней было нечетным, но симметричным.
В комбинационных квадратах происходит частичное заполнение клеток (Тьюарсон). Используя КК можно вывести чистые аналитические зависимости по каждому фактору. Пример комбинационного квадрата:
k=4, (4-х факторный), {A, B, C, D} m=3 (число уровней), n=9 (от ГЛП)
Симметричные строки и соответственно число факторов в них 2, 4, 6 и т.д. Х1=А; Х2=В;Х3=С; Х4=D
48
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 13 |
|
|
|
|
C1 |
|
|
C2 |
|
|
C3 |
|
|
|
A1 |
A2 |
A3 |
A1 |
A2 |
A3 |
A1 |
A2 |
A3 |
|
B1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
D1 |
B2 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
B3 |
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
B1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
D2 |
B2 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
B3 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
B1 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
D3 |
B2 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
B3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
Такая структура плана позволяет сократить число опытов благодаря тому, что в этом плане будут пропущены часть точек эксперимента рассчитанных по определенной формуле.
Заполнение производится по вспомогательному квадрату.
|
|
Таблица 14. Вспомогательный квадрат |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
В клетках проставлены номера опытов, занесение опытов из дополнительного квадрата в основной производится по вертикали, либо по горизонтали, либо по диагонали. Этот комбинационный квадрат показывает сколько опытов будет с помощью него проведено. Число опытов = 9, а в классическом плане = 81.
Для того, чтобы выбрать способ заполнения опытов в комбинационном квадрате необходим априорный анализ. При заполнении необходимо контролировать заполнение строк и столбцов только одним опытом. Опыт №4 означает что он проводится при A1, В2, С2, Д1 следовательно, когда выставлены данные уровни факторов замеряется выходной параметр, который в последствии заносится в таблицу. В каждой точке плана не менее 3 факторов. После заполнения комбинационного квадрата производится графическая интерпретация (для каждой пары факторов составляется свой комбинационный прямоугольник).
|
|
|
Таблица 15 |
|
A1 |
A2 |
A3 |
D1 |
Y1Y4Y7 |
|
|
D2 |
|
Y2Y5Y8 |
|
D3 |
|
|
Y3Y6Y9 |
Алгоритм метода:
1. Построение yj=f(xi), k = 4.
Зависимости строятся по принципу классического эксперимента. Выбирается наиболее сильная зависимость с наиболее «сильным» фактором, к примеру, фактору А. Зависимости могут быть нелинейными.
49
yj |
A |
|
|
D |
|
+δ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-δ |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1 |
A2 |
A3 |
|
xi |
Рис.33. График функции по четырем факторам.
2.Определение y = max по xi. A→ ymax
3.Определение yА/δ
δ- интервал
|
А1 |
А2 |
(А)Xi |
0 |
А3 |
-диапазон Рис.34. Ось координат фактора А
δА→±δy
4. Компенсация влияния А (нейтрализация факторов): +δ; -δ.
|
|
|
Таблица 16 |
|
A1 |
A2 |
A3 |
D1 |
Y1 |
|
|
D2 |
|
Y5 |
|
D3 |
|
|
Y9 |
|
+δ |
0 |
-δ |
Затем:
50