2.1. Аналитический обзор

Подраздел, являющийся аналитическим обзором, должен иметь название, посвященное сути изложенного в нем материала. Нельзя использовать в качестве названия этого подраздела заголовки типа «Аналитический обзор» или «Обзор литературы» и т.п.

В аналитическом обзоре следует полно и систематизировано изложить сведения, которые позволяют объективно оценить научно-технический уровень данной работы, правильность выбранных путей, методов и средств достижения поставленной цели и эффективность работы в целом.

Обзор литературы проводится студентами для того, чтобы не повторить уже выполненные работы и глубоко разобраться в вопросах, связанных с темой работы. Студентам необходимо изучить не только учебную литературу, но и научные статьи в журналах, отчеты, монографии, патенты и др.

В аналитический обзор не следует механически в полном объеме включать конспекты по работам (статьям, монографиям). Такой обзор получается очень большим по объему, с множеством повторений.

В аналитический обзор надо включить лишь то новое, оригинальное (идеи, выводы, методы, приборы и т.д.), что содержит работа, и критические замечания с оценкой работы.

При написании аналитического обзора студент должен делать ссылки на автора и источник, откуда он заимствует материалы или отдельные результаты. Цитаты в тексте должны быть четко различимы. Ссылки на источники следует указывать порядковым номером по списку источников.

По материалам аналитического обзора окончательно определяется уровень состояния вопроса по теме дипломной работы и появляется возможность уже конкретно и детально изложить цели и задачи исследования. По выводам аналитического обзора окончательно формулируются цели и задачи дипломной работы, выбирается направление в решении поставленных задач, составляется план исследования, формулируется порядок его выполнения.

2.2. Методика проведения исследования и оценка результатов эксперимента

В данном подразделе необходимо обосновать выбор объектов исследования, дать их характеристику, изложить характеристику приборов и методики измерений, способы обработки экспериментальных данных и оценки достоверности полученных результатов, а также метода математического планирования эксперимента.

Выбор объекта исследования

Выбор объекта исследования должен быть сделан обоснованно в соответствии с основной задачей и целью дипломного проектирования и сопровождаться детальным описанием используемых материалов. В большинстве случаев следует стремиться к ограничению разновидностей исследуемых материалов. Так в экспериментальных исследованиях по изучению влияния различных факторов на свойства материалов выбор большого числа факторов усложнит и резко увеличит объем работы. Для подобных исследований целесообразно выбирать материалы, различающиеся одним - двумя параметрами, но зато обязательно показать влияние этих параметров на свойства материалов.

В методических исследованиях для проведения эксперимента студентам следует выбирать пять-восемь видов материалов для сравнительной оценки различными известными методами.

Выбор приборов и методов измерений.

Приборы и методы, которые следует использовать для выполнения дипломной работы, обычно определяются при проведении литературного обзора. Следует выбирать стандартные приборы и методы измерений, изученные и освоенные в курсах «Материаловедение в производстве услуг и работ», «Квалиметрия и метрологическое обеспечение», «Стандартизация услуг и работ», «Сертификация и лицензирование услуг и работ» и др.

Стандартные методы и приборы, применяемые в работе, описывать не следует, достаточно сделать ссылку на соответствующий ГОСТ или дать принципиальную схему прибора. Если в работе используется установка, составленная из нескольких стандартных приборов, то в этом случае следует дать схему и ее краткое описание.

Усовершенствованные приборы и методики, а также методы, не зарегистрированные стандартом, необходимо описать подробно, указав их преимущества перед существующими методами.

В этой части подраздела следует привести обоснование выбранного метрологического обеспечения дипломной работы, оценку правильности и экономичности выбора средств измерений (в том числе и нестандартных) и методик выполнения измерений.

Характеристика методов первичной обработки

результатов эксперимента

Студенты указывают причины, вызывающие необходимость проведения первичной обработки экспериментальных данных и значимость ее результатов при изучении объекта исследования.

В этой части подраздела следует обосновать выбор одного из методов исключения резко выделяющихся экспериментальных данных, оценки соответствия фактического распределения результатов эксперимента нормальному закону распределения, определения числовых характеристик случайных величин, их точности и надежности.

Основные статистические характеристики: среднее, размах, дисперсию, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации, определяют классическим методом. Для характеристики неровноты свойств продукции рассчитывается величина доверительного интервала, указывающего на точность проведения испытаний. Доверительные интервалы определяют для среднего, среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации с помощью критерия Стьюдента по соответствующим формулам.

Выбор методов исследования

Выбор методов исследования должен определяться задачами научного исследования, свойствами объекта исследования и характеристиками самих методов. Как правило, при выполнении научного исследования используются методы математического планирования эксперимента.

Правильный выбор и обоснование метода математического моделирования объекта исследования является важной частью исследования.

При выборе метода математического моделирования объекта исследования следует руководствоваться следующими правилами:

Если фактор (входной параметр) и выходной параметр являются случайными величинами, то используют метод корреляционного анализа.

Если фактор (входной параметр) является достоверной (фиксированной) величиной, а выходной параметр - случайной величиной, то используют метод регрессионного анализа.

Метод определения регрессионной однофакторной математической модели студенты выбирают на основании определения подходящего вида регрессионной модели. Для этого используют информацию:

- вид взаимосвязи Y = f(X), устанавливаемый при теоретическом исследовании объекта или процесса на основе аналитического обзора;

- графическую взаимосвязь Y = f(X) между средними значениями выходного параметра для каждого уровня фактора;

- метод тождественности неразделенных разностей.

Метод определения регрессионной многофакторной математической модели следует выбирать на основе полного факторного эксперимента (ПФЭ), а в случае неадекватности полученной математической модели - рекомендуется проводить ротатабельный центральный композиционный эксперимент (РЦКЭ).

Многофакторное планирование эксперимента следует проводить для наиболее значимых 2-3 факторов, которые можно определить известными методами.

В некоторых случаях полезно применять для исследования не один, а два метода. Применение параллельных методов исследования позволяет осуществить взаимный контроль полученных результатов, выявить и устранить возможные ошибки отдельных методов.

2.3. Экспериментальная часть

Наименование экспериментальной части, содержание экспериментов должны полностью вытекать из цели и задач исследования. Проведенные экспериментальные исследования должны подтвердить теоретические предпосылки. Экспериментальная часть состоит из нескольких подразделов, каждый из которых должен иметь свое наименование и быть направлен на решение целей и задач, изложенных в подразделе 2.1. Экспериментальная часть может включать проведение предварительного и основного эксперимента. Проведение предварительного эксперимента позволяет выявить наиболее значимые факторы, влияющие на объект исследования. Основной эксперимент проводят после того, как окончательно выбраны факторы, уровни и интервалы их варьирования в соответствии с выбранным планом эксперимента.

Подготовка и проведение предварительного эксперимента

Предварительный эксперимент проводится студентами с целью выявления наиболее значимых факторов, определения погрешности измерения выходного параметра, доверительного объема его измерений и для проверки гипотезы о законе нормального распределения случайных величин выходного параметра.

В процессе предварительного эксперимента необходимо тщательно ознакомиться с приборами, проверить правильность их показания, отработать технику измерений, уточнить условия проведения опытов.

В ходе предварительного эксперимента выявляется необходимость в проведении дополнительных экспериментов, например, при низкой точности полученных результатов определяется объем измерений при проведении основного эксперимента.

При проведении предварительного эксперимента студенты должны точно соблюдать намеченную методику и принятые в соответствии с матрицей планирования условия опытов, несмотря на неожиданные результаты. Только после анализа полученных результатов следует исправлять методику проведения эксперимента - факторы, уровни и интервалы их варьирования, повторность опытов и т. п.

Подготовка и проведение основного эксперимента

После того, как проведена вся подготовительная работа, опробована установка и уточнена методика, окончательно выбраны факторы, уровни и интервалы их варьирования (табл.2) выходной параметр, повторность опытов, студенты приступают к проведению основного эксперимента.

По выбранной стандартной матрице планирования, студенты должны составить рабочую матрицу планирования (табл.3) и рандомизировать опыты по таблице случайных чисел.

Рандомизацию опытов рекомендуется проводить для предупреждения влияния монотонно изменяющихся и неподдающихся измерению воздействий.

Чтобы рандомизировать опыты, находят общее число опытов в эксперименте по формуле 1:

N = nm, (1)

где N - общее число опытов в эксперименте;

n - число опытов по стандартной матрице планирования;

m - повторность опытов.

По величине N находят случайный порядок N чисел по таблице случайных чисел [5] и заносят их в таблицу 3 .

Таблица 2.

Примечание:

- 1 - кодированное значение нижнего уровня варьирования фактора;

0 - кодированное значение нулевого уровня варьирования фактора;

+ 1- кодированное значение верхнего уровня варьирования фактора;

- α - кодированное значение уровня варьирования фактора в «звездной» точке (для РЦКЭ);

+ α - кодированное значение уровня варьирования фактора в «звездной» точке (для РЦКЭ).

Таблица 3. План проведения эксперимента

Примечание:

Х₀-условное обозначение фиктивного фактора;

X_1, X₂ -условное обозначение факторов;

Yu -среднее экспериментальное значение в каждом u-том опыте;

S²_u -дисперсия результатов эксперимента в каждом u-том опыте.

Имея условия проведения опытов и матрицу эксперимента (табл.2), студент проводит основной эксперимент, занося получаемые в повторных опытах значения выходного параметра в табл.3.

Полученные результаты эксперимента обрабатываются соответствующим методом математического планирования эксперимента с целью построения математической модели процесса или объекта. Значимость коэффициентов регрессии проверяют с помощью критерия Стьюдента, адекватность полученного уравнения регрессии определяют с помощью критерия Фишера.

Если гипотеза об адекватности отвергается, то следует переходить к описанию процесса полиномом второго порядка на базе другого вида эксперимента. Например, при неадекватности линейной однофакторной регрессионной модели необходимо определить подходящий вид регрессионной модели известными методами и получить квадратичную однофакторную модель либо модель непараболического типа. При неадекватности многофакторной модели по данным ПФЭ следует проводить РЦКЭ.

В тех случаях, когда выбранные объекты исследования различаются по параметрам структуры и их нельзя изменять с заранее заданным интервалом, многофакторное планирование эксперимента не проводят и основной эксперимент выполняют как однофакторный, выявляя влияние на выходной параметр каждого фактора поочередно.

Графическое отображение результатов работы

При выполнении выпускной квалификационной работы полученное уравнение регрессии позволяет построить график математической модели (при проведении однофакторного регрессионного анализа, корреляционного анализа). Студентам следует построить также и графики доверительных интервалов для индивидуальных значений выходного параметра. Доверительные интервалы определяют степень отклонения расчетных значений выходного параметра от истинного его значения при каждом уровне фактора. Верхнюю, нижнюю границы доверительного интервала рассчитывают, предварительно определив доверительные ошибки расчетных значений выходного параметра для каждого уровня фактора по соответствующим формулам. Результаты экспериментальных исследований могут быть представлены в виде диаграмм, гистограмм и др. Графическое изображение является наиболее наглядным методом показа изученных закономерностей.

Анализ результатов работы

Получив математическую модель, студенты проводят ее анализ. По величине и знаку коэффициентов регрессии необходимо осуществить ранжирование факторов по силе и характеру их влияния на выходной параметр.

Кроме того, в этом разделе необходимо сравнить полученные результаты по силе и характеру влияния каждого фактора с выводами, известными из теоретических исследований, и объяснить, в случае несоответствия, причины его возникновения.

В результате анализа математической модели необходимо не только установить факт влияния какого-либо фактора, но и попытаться объяснить причину той или иной закономерности, дать теоретическое объяснение исследуемым явлениям и фактам. При этом все мысли и положения необходимо тщательно обосновать. После математической обработки экспериментальных данных приступают к их обсуждению. Путем анализа и обобщения выявляют определенные зависимости, закономерности, дают теоретическое объяснение явлениям и фактам. В случае невозможности проведения ПФЭ, анализ полученных данных проводят поочередно, выявляя влияние каждого параметра на выходной.

Выводы по разделу

В выводах подводятся итоги предварительного эксперимента, основного эксперимента, графического анализа результатов работы, результатов математического планирования эксперимента и разрабатываются практические рекомендации по применению полученных данных.