На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Планирование экспериментов

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 23.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 7. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО                  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ                    ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»
 
Кафедра УП-1

\

РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ИССЛЕДОВАНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ  И ПОЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
 
 
«Планирование экспериментов»
 
 
 
 
 
 
 
 
Выполнила студентка:
2 курса, группы УП-1,
вечерней  формы обучения
Щербаковой  Е.Г.
Проверил: Тавокин Евгений

Москва  – 2011

Содержание:

1. Введение

2. История
3. Классификация, виды и задачи экспериментов
4. Стратегия и тактика экспериментов
5. Основы планирования экспериментов, выбор факторов
6. Методы и способы измерений, погрешности измерений
7. Использование вычислительной техники в научных исследованиях
8. Заключение
9. Список использованной литературы

Введение

  Важнейшей составной частью научных исследований является эксперимент, основой которого является научно поставленный опыт с точно учитываемыми и управляемыми условиями. Основной целью эксперимента является выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.
  Планирование  и анализ эксперимента представляет собой важную ветвь статистических методов, разработанную для решения  разнообразных задач, возникающих  перед исследователями. В одном  случае необходимо обнаружить и проверить причинную связь между входными переменными (факторами) и выходными переменными (откликами), в другом – отыскать оптимальные условия ведения процесса или сравнить изучаемые объекты и т.д.
   Под планированием эксперимента понимается процедура выбора числа опытов и условий их проведения, необходимых для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Все переменные, определяющие изучаемый объект, изменяются одновременно по специальным правилам. Результаты эксперимента представляются в виде математической модели, обладающей определенными статистическими свойствами, например минимальной дисперсией оценок параметров модели.
   В планировании эксперимента сам эксперимент  рассматривается как объект исследования и оптимизации. Здесь осуществляется оптимальное управление ведением эксперимента, в зависимости от характера изучаемого объекта и целей исследования обоснованно выбираются тип планирование эксперимента, метод обработки данных. К различным типам эксперимента относятся: экстремальный, отсеивающий, сравнительный, описательный и другие виды.
История
  Планирование  эксперимента возникло в 20-х годах XX века из потребности устранить или хотя бы уменьшить систематические ошибки в сельскохозяйственных исследованиях путем рандомизации условий проведения эксперимента.
  С 1918 г. исследования Р. Фишера знаменуют начало первого этапа развития методов планирования эксперимента. Фишер разработал метод факторного планирования. Йетс предложил для этого метода простую вычислительную схему. Факторное планирование получило широкое распространение. Особенностью факторного эксперимента является необходимость ставить сразу большое число опытов
  В 1945 г. Д. Финни ввел дробные реплики  от факторного эксперимента. Это позволило  сократить число опытов и открыло  дорогу техническим приложениям планирования. Другая возможность сокращения необходимого числа опытов была показана в 1946 г. Р. Плакеттом и Д. Берманом, которые ввели насыщенные факторные планы.
  Следующим важным этапом было введение принципа последовательного шагового экспериментирования. Этот принцип был высказан в 1947 г.                            М. Фридманом и Л. Сэвиджем,
  Чтобы построить  современную теорию планирования эксперимента, не хватало одного звена - формализации объекта исследования. Это звено появилось в 1947 г. после создания Н. Винером теории кибернетики. Кибернетическое понятие «черный ящик», играет в планировании важную роль.
  В 1951 г. работой американских ученых Дж. Бокса и К. Уилсона начался новый этап развития планирования эксперимента. В ней сформулирована и доведена до практических рекомендаций идея последовательного экспериментального определения оптимальных условий проведения процессов .
  В 1954 - 1955 гг. Дж. Бокс, а затем П. Юл. показали, что планирование эксперимента можно использовать при исследовании физико-химических процессов, если априори высказаны одна или несколько возможных гипотез.
  Заключительный  этап развития теории планирования эксперимента начался в 1957 г., когда Бокс применил свой метод в промышленности. Этот метод стал называться «эволюционным планированием».
Виды  и задачи экспериментов
  Наука – сфера исследовательской деятельности, направленная на получение новых  знаний о природе, обществе и мышлении. В настоящее время развитие науки  связано с разделением и кооперацией  научного труда, созданием научных  учреждений, экспериментального и лабораторного оборудования.
  Эксперимент в ходе развития науки выступал мощным средством исследования явлений  природы и технических объектов. Но лишь сравнительно недавно он стал предметом исследования. Пристальное  внимание ученых и инженеров к  тому, как лучше и эффективней проводить эксперимент, возникло не случайно, а является следствием достигнутого уровня и масштаба экспериментальных работ на современном этапе развития науки и техники. Этот этап с рассматриваемой точки зрения характеризуется ростом общего числа проводимых экспериментальных работ; увеличением количества специалистов, занимающихся экспериментальной деятельностью; существенным усложнением объектов исследования и используемого экспериментального оборудования; тенденцией к удлинению среднего времени экспериментирования и удорожанию исследований; начавшаяся процессом внедрения средств и систем автоматизации эксперимента.
  Известно, что новая наука может возникнуть, если существует объективная необходимость  ее появления и имеется предмет  новой науки, представляющий общенаучный интерес. Сказанное в полной мере относится и к теории планирования эксперимента. Предмет исследования этого научного направления– эксперимент. Однако особенности планирования, постановки эксперимента рассматриваются и в физике, и в химии, и в прикладных науках. Для того, чтобы эксперимент стал предметом исследования отдельного научного направления, необходимо, чтобы он характеризовался некоторыми чертами, общими для любого эксперимента независимо от того, в какой конкретной области знаний эксперимент проводится. Такими общими чертами эксперимента является необходимость:
  1) контролировать любой эксперимент,  т.е. исключать влияние внешних  переменных, не принятых исследователем  по тем или иным причинам  к рассмотрению;
  2) определять точность измерительных приборов и получаемых данных;
  3) уменьшать до разумных пределов  число переменных в эксперименте;
  4) составлять план проведения эксперимента, наилучший с той или иной  точки зрения;
  5) проверять правильность полученных  результатов и их точность;
  6) выбирать способ обработки экспериментальных  данных и форму представления  результатов;
  7) анализировать полученные результаты  и давать их интерпретацию  в терминах той области, где  эксперимент проводится.
  Как и в любом сформировавшемся научном  направлении, в теории
  Планирование  эксперимента – это процедура  выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных  для решения поставленной задачи с требуемой точностью.
  Принципы, положенные в основу теории планирования эксперимента, направлены на повышение эффективности экспериментирования, т.е.
  - стремление к минимизации общего  числа опытов;
  - одновременное варьирование всеми  переменными, определяющими процесс,  по специальным правилам –  алгоритмам;
  - использование математического  аппарата, формализующего многие действия экспериментатора;
  - выбор четкой стратегии, позволяющей  принимать обоснованное решение  после каждой серии экспериментов.
  Задачи, для решения которых может  использоваться планирование эксперимента, чрезвычайно разнообразны.
  Поиск оптимальных условий, построение интерполяционных формул, выбор существенных факторов, оценка и уточнение констант теоретических  моделей, выбор наиболее приемлемых из некоторого множества гипотез  о механизме явлений, исследование диаграмм – свойство – вот примеры задач, при решении которых применяется планирование эксперимента. Можно сказать, что там, где имеет место эксперимент, есть и наука о его проведении – планирование эксперимента.
  Основной  целью эксперимента являются выявление  свойств исследуемых объектов, проверка справедливости гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.
  Постановка  и организация эксперимента определяют его назначение. Эксперименты, которые  проводятся в различных отраслях науки, являются химическими, биологическими, физическими, психологическими, социальными и т.д.
  Они различаются:
  По  способу формирования условий:
  - естественные;
  - искусственные.
  По  целям исследования:
  - преобразующие;
  - констатирующие;
  - контролирующие;
  - поисковые;
  - решающие.
  По  организации проведения:
  - лабораторные;
  - натурные;
  - полевые;
  - производственные и т.д.
  По  структуре изучаемых  объектов и явлений:
  - простые;
  - сложные.
  По  характеру внешних  воздействий на объект исследования:
  - вещественные;
  - энергетические;
  - информационные.
  По  характеру взаимодействия средства экспериментального исследования с объектом исследования:
  - обычный;
  - модельный.
  По  типу моделей, исследуемых  в эксперименте:
  - материальный;
  - мысленный.
  По  контролируемым величинам:
  - пассивный;
  - активный
  По  числу варьируемых  факторов:
  - однофакторный;
  - многофакторный.
  По  характеру изучаемых  объектов или явлений:
  - технологические;
  - социометрические.
  Для проведения эксперимента любого типа необходимо: разработать гипотезу, подлежащую проверке; создать программы экспериментальных работ; определить способы и приемы вмешательства в объект исследования; обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ; определить способы и приемы вмешательства в объект исследования; обеспечить условия для осуществления процедуры экспериментальных работ; разработать пути и приемы фиксирования хода и результатов эксперимента (приборы, установки, модели и т.п.); обеспечить эксперимент необходимым обслуживающим персоналом.
Стратегия и тактика эксперимента
  Особое значение для проведения эксперимента имеет правильно разработанная методика эксперимента. Методика – это совокупность мыслительных и физических операций, размещенных в определенной последовательности, в соответствии с которой достигается цель исследования. При разработке методик проведения эксперимента необходимо предусматривать: проведение предварительного целенаправленного наблюдения над изучаемым объектом или явлением с целью определения исходных данных (гипотез, выбора варьирующих факторов); создание условий, в которых возможно экспериментирование (подбор объектов для экспериментального воздействия, устранение влияния случайных факторов); определение пределов измерений; систематическое наблюдение за ходом развития изучаемого явления и точные описания фактов; проведение систематической регистрации измерений и оценок фактов различными средствами и способами; создание повторяющихся ситуаций, изменение характера условий и перекрестные воздействия, создание усложненных ситуаций с целью подтверждения или опровержения ранее полученных данных; переход от эмпирического изучения к логическим обобщениям, к анализу и теоретической обработке полученного фактического материала.
  Перед каждым экспериментом составляется его план (программа), который включает: цель и задачи эксперимента; выбор варьирующих факторов; обоснование объема эксперимента, числа опытов; порядок реализации опытов, определение последовательности изменения факторов; выбор шага изменения факторов, задание интервалов между будущими экспериментальными точками; обоснование способов обработки и анализа результатов эксперимента.
  Применение  математической теории эксперимента позволяет  уже при планировании определенным образом оптимизировать объем экспериментальных  исследований и повысить их точность.
  Важным этапом подготовки надо выбрать варьируемые факторы, т.е. установить основные и второстепенные характеристики, влияющие на исследуемый процесс, проанализировать расчетные (теоретические) схемы процесса. На основе этого анализа все факторы классифицируются и составляется из них убывающий по важности для данного эксперимента ряд. Правильный выбор основных и второстепенных факторов играет важную роль в эффективности эксперимента, поскольку эксперимент и сводится к нахождению зависимостей между этими факторами. Иногда бывает трудно сразу выявить роль основных и второстепенных факторов. В таких случаях необходимо выполнять небольшой по объему предварительный поисковый опыт.
  Необходимо  также обосновать набор средств  измерений (приборов) другого оборудования, машин и аппаратов. В связи с этим экспериментатор должен быть хорошо знаком с выпускаемой в стране измерительной аппаратурой (при помощи ежегодно издающихся каталогов, по которым можно заказать выпускаемые отечественным приборостроением те или иные средства измерений). Естественно, что в первую очередь следует использовать стандартные, серийно выпускаемые машины и приборы, работа на которых регламентируется инструкциями, ГОСТами и другими официальными документами.
  В отдельных случаях возникает  потребность в создании уникальных приборов, установок, стендов, машин для разработки темы. При этом разработка и конструирование приборов и других средств должны быть тщательно обоснованы теоретическими расчетами и практическими соображениями о возможности изготовления оборудования. При создании новых приборов желательно использовать готовые узлы выпускаемых приборов или реконструировать существующие приборы. Ответственный момент – установление точности измерений и погрешностей.
  В методике подробно разрабатывается  процесс проведения эксперимента, составляется последовательность (очередность) проведения операций измерений и наблюдений, детально описывается каждая операция в отдельности с учетом выбранных средств для проведения эксперимента, обосновываются методы контроля качества операций, обеспечивающие при минимальном (ранее установленном) количестве измерений высокую надежность и заданную точность. Разрабатываются формы журналов для записи результатов наблюдений и измерений.
  Важным  разделом методики является выбор методов  обработки и анализа экспериментальных данных. Обработка данных сводится к систематизации всех цифр, классификации, анализу. Результаты экспериментов должны быть сведены в удобочитаемые формы записи – таблицы, графики, формулы, номограммы, позволяющие быстро и доброкачественно сопоставлять полученное и проанализировать результаты. Все переменные должны быть оценены в единой системе единиц физических величин.
  Результаты  экспериментов должны отвечать трем статистическим требованиям:
  1) требование эффективности оценок, т.е. минимальность дисперсии отклонения относительно неизвестного параметра;
  2) требование состоятельности оценок, т.е. при увеличении числа наблюдений  оценка параметра должна стремиться  к его истинному значению;
  3) требование несмещенности оценок – отсутствие систематических ошибок в процессе вычисления параметров.
  Важнейшей проблемой при проведении и обработке  эксперимента является совместимость  этих трех требований.
  При разработке плана-программы эксперимента всегда необходимо стремиться к его  упрощению, наглядности без потери точности и достоверности. Это достигается предварительным анализом и сопоставлением результатов измерений одного и того же параметра различными техническими средствами, а также методов обработки полученных результатов. В условиях интенсификации проведения научных исследований важнейшее место в процессе подготовки эксперимента должно отводиться его автоматизации (АСНИ) с вводом экспериментальных данных непосредственно с ЭВМ, с расчетом результирующих показателей, с автоматическим управлением хода эксперимента (последовательности и повторимости замеров, определение средних значений, построение и т.д.).
Основы планирования экспериментов, выбор факторов
  Фактором  называется измеримая переменная величина, принимающая в некоторый момент некоторое определенное значение и соответствующая одному из возможных способов воздействия на объект исследования.
  Число возможных воздействий на объект принципиально неограниченно. Чтобы  облегчить выбор, удобно разбить  их на две группы. К первой группе относятся воздействия (факторы), определяющие сам объект, а ко второй – факторы, определяющие его состояние.
  Каждый  фактор имеет область определения. В планировании эксперимента рассматриваются  только дискретные области определения  факторов. Кроме того, эти области всегда ограничены. Ограничения могут быть принципиальными и техническими. Примером принципиального ограничения может служить абсолютный нуль температуры в обычных термодинамических системах. Если в ходе оптимизации фактор получил значение, близкое к принципиальному ограничению, то возможности объекта исчерпаны. Примером технического ограничения может служить температура плавления материала аппарата. При нагревании до этой температуры аппарат просто расплавится. Если в ходе оптимизации значение фактора приблизилось к технической границе, а желаемое значение параметра оптимизации еще не достигнуто, то может быть поставлена новая задача: создать, например, более тугоплавкий материал для аппарата. Решение этой новой задачи позволит продолжить оптимизацию.
  Следует указать на два требования, предъявляемые  к совокупности факторов. Это –  требования отсутствия корреляции между  любыми двумя факторами и совместимости  факторов. Отсутствие коррелированности  факторов означает возможность установления какого-либо фактора на любой уровень, вне зависимости от уровней других факторов. Если эти условия не выполняются, то нельзя планировать эксперимент. Кроме того, нет никакой необходимости включать в эксперимент коррелированные факторы, так как один из них не содержит никакой информации. Требование некоррелированности не означает, что между факторами нет никакой связи. Достаточно, чтобы эта связь не была линейной. Это требование может налагать ограничения на области определения факторов.
  Другие  ограничения на область налагаются требованием совместимости факторов. Несовместимость факторов возникает в том случае, если некоторые комбинации их значений, каждое из которых лежит внутри области определения, не могут быть осуществлены. Если в эти комбинации входят значения факторов, близкие к границам областей их определения, то устранение несовместимости производится просто сокращением областей. Сложнее обстоит дело тогда, когда запрещенные значения лежат внутри областей. Тогда области оказываются многосвязными. Это вызывает трудности, преодоление которых в некоторых случаях приводит к расчленению задачи на части.
  Все факторы можно разделить на качественные и количественные. Часто в виде качественного фактора используют различные взаимоисключающие реагенты. Следует иметь в виду, что при наличии качественного фактора возможна следующая альтернатива: либо в одном эксперименте варьировать этот фактор на всех интересных уровнях, либо ставить независимые эксперименты (с числом факторов на единицу меньше) для каждого уровня этого фактора и затем сравнивать полученные оптимумы. Этот выбор неоднозначен. Желательно ставить одно исследование, но это может в данном случае привести к большим трудностям. В каждом конкретном случае решением такого вопроса должен заниматься специалист по планированию.
  Отбор факторов начинают после того, как  в распоряжении экспериментатора окажется их полный список. При составлении  такого списка следует перечислить  все возможные факторы (удовлетворяющие  общим требованиям), как бы велико ни было их число. К сожалению, слишком часто экспериментаторы боятся увеличивать список факторов, чтобы не усложнять задачу. Это приводит к малоэффективным или даже бессмысленным исследованиям и является просто следствием незнания методов отбора факторов.
  Таким образом, главной заботой при составлении списка факторов должна быть его полнота. Лучше включить несколько десятков несущественных переменных, чем пропустить одно существенное.
  Отбор факторов можно осуществлять экспериментально. Но так как даже небольшое сокращение числа факторов приводит к значительной экономии опытов, возникает вопрос об использовании априорной информации для их предварительного отсеивания.
Методы и способы измерений, погрешности измерений
  Важное  место в экспериментальных исследованиях  занимают измерения. Измерение – это нахождение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Суть измерения составляет сравнение измеряемой величины с известной величиной, принятой за единицу (эталон).
  Теорией и практикой измерения занимается метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
  Важнейшие значения в метрологии отводятся  эталонам и образцовым средствам  измерений. К эталонам относятся  средства измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающих воспроизведение и хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим средствам измерения. Эталоны выполнены по особой спецификации. Образцовые средства измерений служат для проверки по ним рабочих (технических) средств измерения, постоянно используемых непосредственно в исследованиях.
  Передача  размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам  осуществляется государственными и  ведомственными метрологическими органами, составляющими метрологическую службу, их деятельность обеспечивает единство измерений и единообразие средств измерений в стране.
  Методы  измерений можно подразделить на прямые и косвенные. При прямых измерениях искомую величину устанавливают  непосредственно из опыта, при косвенных – функционально от других величин, определенных прямыми измерениями.
  Различают также абсолютные и относительные  измерения. Абсолютные – это прямые измерения в единицах измеряемой величины; относительные измерения  представляют собой отношение измеряемой величины к одноименной величине, играющей роль единицы или измерения этой величины по отношению к одноименной, принимаемой за исходную.
  В исследованиях применяются совокупные и совместные измерения. При совокупных измерениях одновременно измеряются несколько одноименных величин, а искомую величину при этом находят путем решения системы уравнений. При совместных измерениях – одновременно проводят измерения неодноименных величин для нахождения зависимости между ними.
  Выделяется  несколько основных методов измерения.
  Метод непосредственной оценки соответствует определению значения величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (например, измерение массы на циферблатных весах).
  При использовании метода сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (например, измерение массы на рычажных весах с уравновешиванием гирями).
  При методе противопоставления осуществляется сравнение с мерой (измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами, как, например, при измерении массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и гирь на двух противоположных чашках весов).
  При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, производимой мерой (например, измерения, выполняемые при проверке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе).
  При нулевом методе результирующий эффект воздействия величины на прибор доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).
  При методе замещения  измеренную величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (например, взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гири на одну и ту же чашку весов).
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.