Як здійснюється процес прикладного наукового дослідження? Чим прикладне дослідження принципово відрізняється від фундаментального? Як вдало сформулювати реальну мету, досягнення якої повинна забезпечити технічна система? Щоб дати відповіді на ці питання, розглянемо приклади простих наукових досліджень, у яких легко простежується методика виконання.

Проаналізуємо структуру наукового дослідження, проведеного Галілео Галілеєм для вивчення вільного падіння фізичних тіл. Тоді вважалося загальновизнаним положення Арістотеля, який стверджував, що важчі тіла падають швидше, ніж легші, бо швидкість падіння є функцією маси тіла. Галілей проаналізував твердження Арістотеля, порівнявши умови падіння важкого каменя та легкого листка. За Арістотелем, камінь повинен падати швидше від листка, бо він важчий, тобто швидкість каменя більша від швидкості листка . Подумки з'єднаймо камінь та листок. Таке об'єднання повинно мати, з одного боку, проміжну швидкість його елементів, тобто: < < . Але, з іншого боку, загальна маса такого об'єднання перевищить масу каменя, тому швидкість каменя і листка, за твердженням Арістотеля, повинна перевищити швидкість каменя. Для розв'язання цього протиріччя Галілей висунув гіпотезу, що швидкість падіння не є функцією маси тіла, що падає. Ця гіпотеза являє собою точне формулювання задачі дослідження, яке дало змогу визначити фактори, що можуть впливати на експеримент, та фактори, вплив яких можна вважати несуттєвим. Галілей враховував при експерименті масу та форму тіла, але не взяв до уваги опір повітря, температуру повітря тощо. Гіпотеза підтвердилася під час славнозвісного експерименту на Пізанській вежі, з якої було скинуто ядро масою 80 кг та мушкетну кулю масою 200 г. Обидва тіла кульової форми торкнулись поверхні Землі одночасно.

Наукове дослідження, проведене Галілеєм, має етапи, характерні і для сучасного наукового дослідження: постановка задачі дослідження як результат вивчення стану проблеми; виділення досліджуваного об'єкта із оточуючого середовища, визначення його зв'язків, діючих обмежень, параметрів, які впливають на результат дослідження; експериментальне дослідження та опис явища вільного падіння.

Проведемо аналіз структури наукового дослідження, якщо об'єктом є технічна система. Передусім підкреслимо його цілеспрямованість, яка визначається більш загальною метою, а саме, створенням технічної системи для виконання заданої службової функції. Значну роль тут відіграють результати наукового дослідження, подані у вигляді математичних моделей функціонування технічної системи, які використовуються для цілеспрямованого вибору кращого варіанта її конструкції чи оптимізації режимів функціонування. В цьому випадку скорочується термін проектування технічних систем, зменшується ризик прийняття неправильних рішень.

Отже, можна вважати, що процес прикладного наукового дослідження повинен бути підпорядкований вимогам проектування та оптимізації технічної системи. Він може бути поділений на чотири етапи:

1. Постановка задачі дослідження як результат вивчення стану проблеми та мети інженерної творчої діяльності.

2. Визначення зв'язків досліджуваного об'єкта із оточуючим середовищем, діючих обмежень, параметрів, які впливають на результат дослідження.

3. Експериментальне дослідження, побудова математичної моделі досліджуваного об'єкта, перевірка її придатності для практичного застосування.

4. Використання математичної моделі для проектування чи оптимізації технічної системи.

Розглянемо конкретний зміст кожного із цих етапів.