Лк – 0,5 час. ПЗ – 2 час. СРС 3 час.

1. Цель и задачи теоретических исследований.

2. Основы системного подхода в теоретических исследованиях.

2.1. Принципы системного подхода.

2.2. Понятие системы. Анализ и синтез систем.

3. Математический аппарат теоретических исследований.

3.1. Математический аппарат построения математических моделей.

3.2. Методы решения математических моделей.

Литература

1. Горелов Н. А. Методология научных исследований: учебник для бакалавриата и магистратуры / Н.А. Горелов, Д. В. Круглов. М.: Издательство Юрайт, 2014. -290 с.

2. Основы научных исследований: Учебник для вузов / под ред. В. Г. Кучерова / ВолгГТУ. Волгоград, 2004.

3. Николаев В. И., Брук В. М. Системотехника: методы и приложение. – Л. Машиностроение, 1985. – 200 с.

4. Основы научных исследований: Учеб. для техн. вузов / В.И. Крутов, И.М. Грушко, В.В. Попов и др.; Под ред. В. И. Крутова, В.В. Попова. – М.: Высш. шк., 1989. – 400 с.

5. Пойлов В. З. Основы научных и инженерных исследований: учеб. пособие / В.З. Пойлов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008.

1. Цель и задачи теоретических исследований

Целью теоретических исследований является изучение и обоснование физической сущности объекта или явления, выделение существенных связей между исследуемым объектом и окружающей средой, объяснение и обобщение результатов экспериментальных исследований, выявление общих закономерностей и их формализация.

Задачами теоретических исследований являются:

· обобщение результатов исследований;

· нахождение общих закономерностей путем обработки и интерпретации опытных данных;

· расширение результатов исследования на ряд подобных объектов без повторения всего объема исследований;

· изучение объекта, недоступного для непосредственного исследования.

В общем случае теоретические исследования, как процесс достижения поставленной цели, включают в себя следующие этапы (рисунок 1):

- постановка задачи исследований и анализ физической сущности процесса, явления;

- формулирование научной гипотезы;

- построение (разработка) физической модели объекта;

- проведение математического исследования;

- анализ теоретических решений и формулирование выводов.

Если не удается выполнить математическое исследование, то разрабатывается рабочая гипотеза в словесной форме с привлечением графиков, таблиц и др. материалов, обосновывающих достоверность рабочей гипотезы.

Теоретическое исследование завершается формированием теории, причем не обязательно с представлением ее в математической форме. Теория проходит в своем развитии различные стадии от качественного объяснения и количественной оценки явлений и процессов до их математического описания (формализации) и в зависимости от стадии может быть представлена как в виде качественных правил, так и в математической форме (в виде формул, уравнений и т. п.).

Основы системного подхода в теоретических исследованиях

Принципы системного подхода

Проведение теоретических исследований осуществляется с использованием общенаучных методов анализа и синтеза, индукции и дедукции, аналогии, моделирования и др., которые объединяются под названием «общая теория систем» или «системология» [3]. Широкое применение в теоретических исследованиях получил системный подход, который включает в себя ряд принципов общей теории систем, в частности, принцип системности, принцип иерархичности, принцип формализации и системный анализ.

Принцип системности гласит, что при изучении объекта его следует рассматривать как целостное образование, т. е. как систему.

Согласно принципу иерархичности каждый объект должен рассматриваться на трех уровнях: изучение самого объекта, изучение объекта в качестве элемента более общей системы (объект - подсистема), изучение объекта в соотношении с составляющими его элементами (объект - надсистема).

В соответствии с принципом формализации системный подход нацелен на получение количественных характеристик систем, разработку методов описания, анализа и синтеза систем.

Системный анализ включает в себя следующие основные методы исследования систем: эвристическое программирование, методы аналогии, аналитические методы и моделирование.

Эвристическое программирование основывается на результатах анализа деятельности человека, решающего сложную задачу со значительной степенью неопределенности. Основу эвристического программирования составляет группа методов экспертных оценок - метод Дельфи, Цвикки, мозговой атаки и др. [1].

Методы аналогии используются при исследовании сложных систем по каким-то отдельным характеристикам, сводя их к известным хорошо изученным процессам (течение идеального газа, диффузионные процессы и т. п.), а также путем переноса знаний о каком-либо объекте, в т. ч. биологическом, на исследуемый, сходный с ним по существенным свойствам и качеству.

Аналитические методы системного анализа весьма разнообразны. Это теория принятия решений, теория графов, метод «черного ящика» и др.

Моделирование является одним из основных методов и применяется на эмпирическом и теоретическом уровнях исследования объектов и явлений, их состояний и поведения. Моделирование позволяет вскрыть качественные и количественные свойства изучаемых явлений как одинаковой с их моделью физической природы, так и разнородной физической сущности. В системном анализе наибольшее применение получило имитационное моделирование, в котором осуществляется процесс создания математической модели изучаемого объекта и выполнения с помощью ЭВМ вычислительного эксперимента на этой модели с целью выявления свойств системы, путей ее создания, совершенствования и использования.