Інститут машинобудування та транспорту Факультет ...kashkanovv.vk.vntu.edu.ua/file/cda179166d3fb4d58fd4d8b1054bb804.pdf · економіка,

Інститут машинобудування та транспорту

Факультет автомобілів та їх ремонту і відновлення

Кафедра автомобілів та транспортного менеджменту

Затверджую

Директор ІнМТ

___________проф. Бурєнніков Ю.А.

Протокол засідання

Вченої ради ІнМТ

№ ____ від _____________2011 р.

Кашканов В.А.

«Основи науково-дослідної роботи»

Опорний конспект лекцій

для студентів спеціальності

«Автомобілі та автомобільне господарство»

(електронний варіант)

Рекомендовано методичною

радою ФАРВ


№ ____ від _____________2011 р.

Голова методичної ради

___________ проф. Поляков А. П.

Завідувач кафедри АТМ

_________ проф. Біліченко В. В.


кафедри АТМ

№ 6 від 18 жовтня 2011 р.

Вінниця 2011 р.

ЗМІСТ

ЧАСТИНА 1 (2 КУРС) .................................................................................. 3

ТЕМА 1. Поняття, зміст, мета і функції науки ............................................ 3

ТЕМА 2. Наукове пізнання і наукове дослідження .................................... 8

ТЕМА 3. Організація НДР студентів ........................................................... 12

ТЕМА 4. Інформаційне забезпечення наукових досліджень ..................... 16

4.1 Види та джерела наукової інформації ............................................. 16

4.2 Система науково-технічної інформації ........................................... 18

4.3 Пошук інформації у мережі Internet ................................................ 21

ЧАСТИНА 2 (3 КУРС) .................................................................................. 24

ТЕМА 1 (5). Теоретичні дослідження та моделювання в науковій і

технічній творчості ........................................................................................ 24

ТЕМА 2 (6). Експериментальні дослідження .............................................. 29

ТЕМА 3 (7). Автоматизовані системи обробки інформації на ЕОМ та

застосування їх у наукових дослідженнях .................................................. 38

ТЕМА 4 (8) . Бібліотечно-бібліографічні джерела інформації у

наукових дослідженнях ................................................................................. 43

ЧАСТИНА 3 (4 КУРС) .................................................................................. 45

ТЕМА 1 (9). Обробка результатів експериментальних досліджень .......... 45

ТЕМА 2 (10). Статистичні методи обробки експериментальних даних ... 49

ТЕМА 3 (11). Методи добору емпіричних формул ................................. 55

ТЕМА 4 (12). Сучасні математичні пакети для обробки та аналізу

експериментальних даних ............................................................................. 59

Список літератури .......................................................................................... 64

Опорний конспект лекцій ОНДР (частина 1, 2-й курс)

3

ЧАСТИНА 1 (2 КУРС)

ТЕМА 1

Поняття, зміст, мета і функції науки

Знання необхідні людині для орієнтації в навколишньому світі, для

пояснення і передбачення подій, планування і реалізації діяльності та

розробки інших нових знань. Знання – найважливіший засіб перетворення

дійсності. Використання знань у практичній перетворювальній діяльності

людей передбачає наявність особливої групи правил, що регламентують, як

саме, в яких ситуаціях, за допомогою яких засобів і для досягнення якої мети

можуть застосовуватися ті чи інші знання.

Говорячи про знання, мають на увазі вищий рівень інформації, що

функціонує в суспільстві. При цьому знання – це не вся інформація, а лише

та її частина, яку людина перетворила і опрацювала особливим чином. У

процесі перетворення інформація повинна набути знакової форми або бути

представленою в цій формі за допомогою інших знань, накопичених у

пам'яті; інформація повинна отримати суть і значення. Отже, знання – це

завжди інформація, але не всяка інформація – знання. Для перетворення

інформації на знання використовують цілу низку закономірностей і

різноманітних правил, що вводять знання до системи суспільних зв'язків, у

культуротворчий контекст конкретної доби.

Як основна форма людського пізнання наука в наш час стає дедалі

вагомішим і суттєвішим складником тієї реальності, яка нас оточує і в якій

нам так чи інакше потрібно орієнтуватися, жити і діяти. Тому важливо мати

чітке уявлення про те, що таке наука, як вона побудована і як розвивається.

Наука становить сутність людського знання. За Кантом, вона є

сукупністю знань, впорядкованих згідно з певними принципами, реальним

зв'язком правдивих суджень, передбачень і проблем дійсності та окремих її

сфер чи аспектів.

Безпосередня мета науки – це опис, пояснення і передбачення

процесів та явищ дійсності, що становлять предмет її вивчення на основі

відкритих нею законів, інакше кажучи, теоретичне відображення дійсності з

метою використання в практичній діяльності людей. Тому наука як сфера

людської діяльності виконує функцію розробки і теоретичної систематизації

об'єктивних знань про дійсність. У перебігу історичного розвитку наука

перетворилася на виробничу силу суспільства і найважливіший соціальний

інститут. Поняття науки містить і діяльність задля отримання нового знання,

і результат цієї діяльності – суму отриманих на даний час наукових знань, що

створюють наукову картину світу.

Як невід'ємний чинник практичного способу освоєння світу, наука

(виробництво знань) є досить специфічною формою діяльності, яка суттєво

відрізняється і від діяльності у сфері матеріального виробництва, і від інших

видів духовної діяльності. Якщо в матеріальному виробництві знання лише

використовують як ідеальні засоби, то в науці отримання нових знань


4

становить основну і безпосередню мету, незалежно від того, в якому вигляді

втілюється ця мета – у вигляді теоретичного опису, схеми технологічного

процесу, побудови експериментальних даних або формули медичного

препарату. На відміну від інших видів людської діяльності, результати яких

можуть бути відомими і заданими ще до початку роботи, діяльність

правомірно називають науковою лише тоді, коли вона дозволяє набути нових

належних знань; таким чином, її результат є принципово нетрадиційним.

Саме тому наука є силою, що постійно змінює інші види людської діяльності.

Таким чином, можна стверджувати, що основним змістом науки є:

– теорія як система знань, яка є формою суспільної свідомості і

досягнень інтелекту людини;

– суспільна роль у практичному використанні рекомендацій для

виробництва благ, що є життєвою необхідністю людей.

Однак поступовий рух пізнання в цілому, з філософського погляду,

обумовлено не тільки безпосередніми запитами сьогоденної практики, а й

суто пізнавальними інтересами людства, результати задоволення яких коли-

небудь проявляються в прогнозуванні майбутніх способів і форм

практичного освоєння світу.

Отже, наука в сучасному суспільстві виконує низку конкретних

функцій:

– пізнавальну – задоволення потреб людей у пізнанні законів природи і

суспільства;

– культурно-виховну – розвиток культури, гуманізацію виховання і

формування нової людини;

– практично-діючу – удосконалення виробництва і системи суспільних

відносин, інакше кажучи, безпосередньої виробничої сили матеріального

виробництва.

Сукупність окремих, часткових функцій науки надає їй головну

функцію в сучасному світі – розвиток системи знань, що сприяє найбільш

раціональній організації виробничих відносин і використанню виробничих

сил в інтеесах усіх членів суспільства.

Згідно з викладеного вище, поняття науки слід розглядати з трьох

основних позицій. По-перше, з теоретичної, як систему знань, форму

суспільного пізнання; по-друге, як вид суспільного розподілу праці; по-третє,

з позиції практичного використання висновків науки, інакше кажучи, її

суспільної ролі.

Розглянута нами двоєдина мета науки – наукове пояснення явищ

природи і суспільства, будь-коли зафіксованих людиною, і отримання нових

знань, використання їх у практичному освоєнні світу – обумовлює і предмет

науки: взаємопов'язані форми розвитку матерії або особливості їх

відображення у свідомості людини.

Існуюча множина різноманітних галузей знань поєднується в дві великі

групи наук:


5

– природничі (математика, астрономія, фізика, хімія, біологія та ін.);

– науки про дух (сфера духовно-культурної діяльності людини:

економіка, філософія, історія, логіка, філологія, право та ін.).

Кожна наука передбачає створення єдиної логічно чіткої системи знань

про той чи інший аспект навколишнього світу, знань, зведених у єдину

систему. Систематизовані наукові знання і є адекватним відображенням,

відтворенням структури об'єкта в системі наукових знань про нього. Отже,

наука – це динамічна система знань, що розкривають нові явища в

суспільстві і природі з метою використання їх у практичній діяльності

людини.

Проте треба зазначити, що не всі знання, зведені в систему, адекватні

науці. Наприклад, практичні посібники з планування, нормування, обліку,

фінансування становлять певну систему знань, але їх не можна віднести до

наукових знань, бо вони не розкривають нових явищ у господарській

діяльності людей, а лише містять конкретні інструкції відносно виконання

традиційних дій у сфері бізнесу. Отже, наукові знання слід відокремлювати

від пересічних знань, якими люди користуються в побуті для вирішення

щоденних завдань.

На відміну від повсякденного знання, наука (за Арістотелем) не

задовольняється тільки питанням "що", а й запитує "чому", порушує питання

про основи і причини речей, водночас заглиблюючись у дійсність, в елементи

буття, подій, трансформуючи їх. Тому однією з найважливіших особливостей

наукового пізнання е орієнтація науки на вивчення об'єктів, які можуть

входити в діяльність людини, і дослідження їх як явищ, що підкоряються

об'єктивним законам функціонування і розвитку.

Важливою рисою науки є також її активний пошуковий характер. Тому

докорінно різняться й методи пізнавальної діяльності в науці і

повсякденному житті. Власне кажучи, тільки в науці способи визначення і

фіксації об'єкта як предмета пізнання вирізняють як специфічні'методи

пізнання. У повсякденному житті це зовсім не усвідомлюється.

У процесі накопичення знань про методи наукової діяльності

сформувалася методологія як особлива галузь наукового дослідження,

призначена спрямовувати науковий пошук.

Крім того, заняття наукою потребують особливої підготовки: освоєння

засобів наукового дослідження, що вже історично склалися завдяки досвіду

людства, прийомів і методів використання цих засобів, а також засвоєння

певної системи цінностей і цільових установок, характерних для науки. Це,

наприклад, установка на пошук об'єктивної істини, звідки випливає, скажімо,

вимога логічної несуперечності теорії та її експериментального

підтвердження, або установка на постійне зростання знань, отримання нового

знання, що пердбачає заборону на плагіат, допустимість критичного

перегляду підстав наукового пошуку та ін.

Кажучи про наукове знання, необхідно виокремити два його рівні –

емпіричний (тобто заснований на досвіді і через посередництво досвіду) і


6

теоретичний (отриманий шляхом умовиводу, відокремлено від практики).

Основними критеріями розподілу цих рівнів є:

– характер предмета дослідження;

– тип засобів дослідження, що застосовуються;

– особливості методу дослідження.

Безумовно, теорія та емпіричне дослідження мають справу з різними

зрізами однієї і тієї самої дійсності. Однак емпіричне дослідження вивчає

явища і залежності між ними, в яких воно може вловити прояв закону, тим

часом як теоретичне дослідження дає закон у чистому вигляді.

Елементами емпіричного (заснованого на практичному досвіді) знання

є факти, отримані за допомогою спостережень та експериментів і які

констатують якісні й кількісні характеристики об'єктів і явищ. Стійка

повторюваність і зв'язки між емпіричними характеристиками виражаються за

допомогою емпіричних законів, виведених за допомогою теорії ймовірності.

Емпіричне дослідження базується на безпосередній практичній

взаємодії дослідника з об'єктом дослідження, що передбачає проведення

спостереження й експериментальну діяльність. А все це, у свою чергу,

потребує використання приладів, пристроїв, устаткування та інших засобів

реального спостереження та експерименту.

У теоретичному дослідженні безпосередня практична взаємодія з

об'єктом відсутня, об'єкт вивчається тільки опосередковано – через розумові

конструкції, що є носіями тільки істотних характеристик і вільні від

несуттєвих зв'язків та ознак. Інакше кажучи, теоретичний рівень наукового

знання передбачає наявність особливих абстрактних об'єктів і таких, що їх

взаємопов'язують, теоретичних законів. Ці об'єкти і закони створюються з

метою ідеалізованого опису і пояснення емпіричних ситуацій, іншими

словами, з метою пізнання суті процесів та явищ.

Обидва розглянуті типи організації наукового знання — окремі та

узагальнювальні розвинуті теорії – взаємодіють між собою, а також з

емпіричним рівнем знань, оскільки, на відміну від доктринальних схем,

теорія виходить не з раніше заданих настанов, а з узагальнення типових

фактів, що неодноразово повторювалися, з вивчення реальних подій,

виявлення стійких тенденцій.

Як відомо, основні ступені пізнання істини виражаються трьома

категоріями логіки: одиничне, особливе і загальне. Справді, будь-яке

пізнання починається зі встановлення одиничних фактів, поки що нічим не

пов'язаних між собою (одиничне).

Потім пізнання переходить до первісного сортування і групування цих

фактів за конкретними ознаками, характерними для окремих груп (особливе).

І нарешті, вирішується завдання виявлення спільного між усіма

подібними особливими групами – загального закону, що їх пов'язує

(загальне).

Наука як система знань має специфічну структуру, що складається з

низки елементів.


7

Головним складником науки, її системоутворювальною ланкою є

наукові закони.

Науковий закон – внутрішній суттєвий і стійкий зв'язок явищ і

процесів, що обумовлює їхні впорядковані зміни і дає можливість

достовірного передбачення перебігу цих явищ або процесів. Наукові закони

існують об'єктивно, незалежно від свідомості людей, як відображення

необхідних, суттєвих, внутрішніх відносин між властивостями речей чи явищ

або різноманітними тенденціями їхнього розвитку. Вони не створюються

людьми, а лише виявляються, розкриваються, формулюються таким чином,

щоб відповідати реаліям об'єктивного світу, бути точним їх відображенням.

Важливим структурним елементом науки є категорії – форми

усвідомлення в поняттях загальних способів ставлення людини до світу, що

відображають найбільш загальні та суттєві властивості, закони природи і

суспільства. Це найзагальніші поняття науки, що втілюють особливості її

предмета, змісту і методу.


8

ТЕМА 2

Наукове пізнання і наукове дослідження

Наука - це вид людської діяльності, спрямований на здобуття нових

знань про об'єктивні закони природи, суспільства і мислення. Результат цієї

діяльності - знання. Вони відтворюють у свідомості людини об'єктивну

дійсність і є основою наукового розуміння світу. За словами англійського

філософа Ф. Бекона «знання ~ це сила».

Процес руху людської думки від незнання до знання називають

науковим пізнанням. Діалектика процесу пізнання полягає у суперечності

між обмеженістю наших знань і безмежною складністю об'єктивної

дійсності.

Розкриваючи закономірності існування і розвитку явищ реального

світу, наукове пізнання тим самим створює надійну основу розуміння їх

сутності й практичного використання. Класичний метод пізнання базується

на тому, що критерієм істинності знання є суспільна практика. Місія науки -

бути джерелом підтверджених знань, які можна використати у різних сферах

практичної діяльності людей. Практика є основою і рушійною силою

наукового пізнання.

У пізнавальному процесі взаємодіють суб'єкт зі своїм прагненням

нових знань і об'єкт як першоджерело знань. Суб'єкт вибирає об'єкт,

спрямовує на об'єкт свої пізнавальні здібності і відтворює його у своїй

свідомості у формі загального уявлення, чуттєвого чи раціонального образу.

Об'єкт, у свою чергу, вимагає адекватних своїй природі засобів відтворення і

визначає зміст уявлень та образів. Від того, наскільки повно образ відтворює

об'єкт, знання може бути абсолютним (повний збіг) чи відносним (неповний

збіг).

Суб'єкт намагається отримати абсолютне, істинне знання. Проте через

якісні зміни і самого об'єкта, і свідомості суб'єкта уявлення про об'єкт, його

образи постійно уточнюються, змінюються, замінюються новими. Наукова

істина пізнається з певною мірою наближення, вона відносна і тимчасова.

Розвиток науки - це складний творчий процес пошуку істини, кожний

наступний крок якого спирається на попередній. Роль успадкованих знань

підтверджує відомий вислів І. Ньютона про те, що він бачив далі своїх

попередників лише тому, що стояв на плечах гігантів.

Наукове пізнання має два рівні - емпіричний і теоретичний. Емпіричне

знання здобувається безпосередньо досвідом, теоретичне - за допомогою

логіко-гносеологічних засобів (понять, концепцій, системи знань у певній

галузі). Ці рівні знань органічно пов'язані і водночас різняться способами

відтворення об'єктивної реальності та методами дослідження. За емпіричним

знанням історично й логічно утвердилася функція збирання і накопичення

нових фактів, їх аналіз, систематизація та узагальнення з метою виявлення

емпіричних закономірностей. Логічне осмислення, пояснення та

інтерпретація виявлених закономірностей - це функції теоретичного

пізнання. Взаємодію емпіричного і теоретичного рівнів знань можна подати


9

схематично (рис. 1.1.1.).

Будь-яке пізнання починається із встановлення окремих, часом не

пов'язаних між собою фактів, які поступово накопичуються і з позиції

існуючої теорії піддаються систематизації та узагальненню. В процесі

переходу від окремого до загального виявляються принципово нові

відношення й інтеграційні якості, створюються нові наукові поняття і нові

теорії. Науковий закон постає як сформульоване у нових поняттях знання, що

відповідає реаліям об'єктивного світу. Найскладнішою формою вираження

наукових знань є теорія. Вона становить упорядковану систему простіших

форм теоретичного відтворення дійсності: наукових ідей, концепцій,

принципів, понять, положень і тверджень (постулатів, аксіом).

Головним, визначальним елементом наукової теорії вважають принцип,

який підпорядковує собі інші елементи, органічно пов'язує їх в єдине ціле.

Принципи на відміну від законів об'єктивно не існують, їх створюють

суб'єкти пізнання як основу упорядкування знань.

Важливим елементом теоретичного відтворення дійсності є наукова

концепція, яка на основі певної ідеї об'єднує систему поглядів і теоретичних

положень щодо об'єкта дослідження. Спроможність наукової теорії

адекватно відобразити сутність явищ і процесів, глибина її висновків

значною мірою залежать від зрілості і досконалості наукових понять, якими

вона оперує.

Науковий рівень теорій, ступінь їх обгрунтованості слугують тим

фундаментом, на якому відбувається розвиток наукових знань. Виділяють

три послідовних етапи розвитку: розробка теорій, які піддаються перевірці

шляхом випробувань => зіставлення цих теорій з емпіричними фактами,

перевірка їх істинності => заміна теорій, які суперечать фактам, новими.

Процес розвитку теоретичних уявлень у будь-якій галузі знань можна

порівняти із системами оберненого зв'язку на кшталт автопілота: нечіткі

теорії уточнюються; теорії, що суперечать фактам, переглядаються; а теорії,

що успішно пройшли «прості» випробування, піддаються більш складним

перевіркам.

Рух від емпіричного факту до логічно стрункої системи наукового

знання дозволяє не лише пояснити уже відомі явища, але й передбачити нові.

Саме науковий факт - подія чи явище - є первинним елементом процесу

пізнання і реальною основою усіх наукових результатів і висновків. Проте

науку створюють не самі факти, а методи їх обробки. Збирання,


10

систематизація, аналіз, узагальнення і логічне осмислення фактів називається

науковим дослідженням.

Наукові дослідження спрямовані на розширення наявних знань і

здобуття нових, на виявлення і обгрунтування законів і закономірностей

навколишнього світу. За цільовим призначенням вирізняють фундаментальні

й прикладні дослідження. Фундаментальні дослідження спрямовані на

розробку нових теорій і нових принципів дослідження, мета яких поглибити

знання щодо законів природи і суспільства; прикладні - на пошук способів

практичного використання наукових знань, здобутих у результаті

фундаментальних досліджень.

У кожній галузі знань час від часу виникають складні суперечливі

ситуації, що потребують свого вирішення, - наукові проблеми. Складність і

багатогранність будь-якої наукової проблеми приводять до необхідності

виокремлення в рамках проблеми тем, які, в свою чергу, розгалужуються на

певне коло наукових задач (питань). Композиція цих компонент утворює

дерево наукової проблеми (рис. 1.1.2). Залежно від масштабу наукових задач

проблема може бути глобальною, національною, регіональною, галузевою чи

міжгалузевою.

Вибір теми наукового дослідження і постановка наукових задач -

надзвичайно відповідальний етап дослідницького процесу. Основними

критеріями при виборі теми дослідження мають бути її актуальність (ступінь

важливості), доцільність та практична значущість для розвитку відповідної

галузі науки чи виробництва. Чітке формулювання наукових задач, за

словами філософа К. Поппера, - це вже 50% роботи по успішному їх

розв'язанню.

Науковий процес базується на певних методологічних засадах -

концепціях і теоріях, що лежать в основі дослідження. Загальна стратегія

пізнання, система наукових принципів, форм і методів дослідження, які

забезпечують досягнення кінцевого результату, називається методологією.

Розвиток методології пов'язаний з розвитком науково-теоретичного

мислення і пізнання в цілому. Для кожної епохи характерна своя парадигма

мислення, тобто сукупність неявно заданих регулятивних принципів,

переконань, цінностей і технічних засобів. Вони втілюються у підручниках і


11

наукових працях, забезпечують існування наукових традицій, визначають

коло проблем, методологію і методи їх розв'язання у кожній галузі науки.

Розвиток науки характеризується зміною парадигм, методів, стереотипів

мислення. Для суб'єкта пізнання парадигма слугує своєрідним фільтром, який

коригує, деформує і формує образ об'єкта дослідження (рис. 1.1.3).

Незважаючи на те, що результати науки - наукові знання - за своєю

суттю інтернаціональні, кожна країна має свої національні особливості

організації науки та управління її розвитком: наявний склад вчених,

співвідношення між фундаментальними і прикладними дослідженнями,

розробка окремих галузей науки в рамках наукових шкіл і напрямів.

Наукова діяльність - це інтелектуальна творча діяльність, ефективність

якої залежить від кваліфікації і творчих здібностей науковців. Статусу

науковця як творчій особистості відповідають, насамперед, такі якості:

• допитливість, високий рівень внутрішнього прагнення до нових

знань;

• потяг до самоутвердження, захопленість роботою прагнення у всьому

дійти суті;

• вміння зосереджуватися на конкретних питаннях, не порушуючи

логічний розвиток ідеї;

• наполегливість у досягненні мети, ініціативність, готовність до

ризику у прийнятті рішень;

• самоорганізація праці та інші «само...» - самоконтроль,

самообмеження, самокритичність.

Норми наукової етики не вимагають, щоб результат кожного

дослідження обов'язково був істинним знанням. Але цей результат має бути

новим знанням і логічно чи експериментальне обґрунтованим та практично

значущим.


12

ТЕМА 3

Організація НДР студентів

Науково-дослідна робота студентів (НДРС) є одним із найважливіших

засобів підвищення якості підготовки і виховання спеціалістів з вищою

освітою, які здатні творчо застосовувати в практичній діяльності найновіші

досягнення науково-технічного прогресу. Модель організації підготовки

фахівців з вищою освітою спрямована на те, щоб забезпечити випускникам

не тільки знання, а й певне місце в соціально-економічній системі – науці,

виробництві, підприємництві та інших сферах, напрацювання своєї

інтелектуальної власності на основі поєднання навчального процесу з

практикою наукової, науково-технічної та інноваційної діяльності.

Головною метою НДРС є розвиток, використання творчого і

трудового потенціалу студентів для вирішення проблем тієї чи іншої галузі

народного господарства України. Досягнення цієї мети можливе тільки на

засадах забезпечення участі студентів у виконанні завдань госпдоговірної та

держбюджетної тематики, роботі за фахом (у вільний від навчання час) на

підприємствах, організаціях, установах, а також на основі започаткування

колективної або індивідуальної наукової, науково-технічної та інноваційної

діяльності.

Види і форми науково-дослідної роботи студентів спрямовані на

активізацію творчого мислення їх, застосування наукових методів у

вирішенні практичних завдань, що сприяє підвищенню якості підготовки

спеціалістів для народного господарства та кадрів науки.

НДРС можна поділити на два види:

* науково-дослідна робота, що входить до навчального процесу;

* науково-дослідна робота, що входить до навчального процесу і

виконується в позанавчальний час.

До першого виду належать:

* вивчення курсу “Основи науково-дослідної роботи” або його аналога;

* виконання курсових робіт із загальнотеоретичних і спеціальних

дисциплін, що містять елементи наукових досліджень у формі наукового

пошуку (огляд літератури, застосування економіко-математичних методів,

інформаційних технологій, узагальнення позитивного практичного досвіду,

аналіз статистичних даних тощо);

* виконання завдання дослідного характеру під час навчальної та

виробничої практики;

* виконання випускної роботи бакалавра або магістра.

До другого виду НДРС належать:

- участь у розробці фундаментальних і прикладних наукових тем;

- робота в наукових гуртках і студентських наукових об'єднаннях,

проблемних семінарах і круглих столах;

- підготовка наукових публікацій і доповідей на студентських наукових

конференціях;


13

- участь у студентських олімпіадах, конкурсах студентських наукових

робіт та інших заходах, що сприяють розвитку НДРС.

Завершальним етапом навчання і підсумком процесу підготовки до

самостійної роботи в народному господарстві є випускна робота студента.

Саме випускна робота відображає глибину засвоєння теоретичних дисциплін

і навичок практичної роботи. Випускну роботу студент виконує самостійно, а

викладачі кафедри надають методичну та організаційну допомогу студенту у

підготовці випускної роботи до захисту.

Загальний обсяг випускної роботи бакалавра не повинен перевищувати

80—100 сторінок (залежно від спеціальності). У теоретичній частині роботи

повинні бути викладені сутність і сучасний стан питання (процесу,

проблеми), описано головні підходи (з літературних джерел), використано і

рекомендовано методики, положення, інструкції тощо з тієї проблеми, що

розглядається у випускній роботі. Наступним етапом подається аналіз стану

питання та напрями його вирішення на підставі проаналізованих

літературних джерел. На базі виконаного аналізу робляться висновки, на

підставі яких формулюється модель вирішення проблеми, еталонний зразок її

вирішення, який компонується з найбільш оптимальних елементів,

рекомендованих наукою та практикою. Теоретична частина має показати

рівень знань бакалавра, його ерудицію у певній галузі знань і бути

інструментом для вирішення порушених у роботі завдань.

Друга частина випускної роботи повинна містити аналіз стану питання

на конкретному підприємстві, на базі якого виконується робота. Це

практична частина випускної роботи, де зазначаються головні техніко-

економічні показники об’єкта та їхній аналіз. Структура і зміст цієї частини

мають суто аналітичний характер і залежать від специфіки теми.

Третя частина випускної роботи повинна містити аналіз напрямів

вирішення проблеми, опис запропонованих інноваційних розробок та оцінку

їхньої ефективності. Зміст цієї частини визначається особливостями обраної

теми випускної роботи і специфікою підприємства.

Завершальна частина випускної роботи містить висновки, що

характеризують підсумки роботи випускника щодо вирішення порушених

проблем.

Підсумком підготовки магістра є написання та захист магістерської

роботи – наукового дослідження, виконаного студентом магістратури під

науковим керівництвом провідного викладача кафедри.

Метою магістерської роботи є підтвердження засвоєння студентом

магістратури навиків самостійного наукового дослідження. Працюючи над

роботою, студент магістратури має показати, як він отримав та обгрунтував

наукові, теоретичні та практичні результати; які він набув навички вибору

проблеми, обгрунтування її актуальності, формулювання мети та завдань

дослідження, побудови плану дослідження та структури роботи, праці з

джерелами та статистичною інформацією; як він уміє аналізувати матеріали

дослідження, обґрунтовувати рекомендації, узагальнення, висновки,

пропозиції, технічні рішення.


14

На підставі магістерської роботи Державна екзаменаційна комісія

визначає рівень підготовки магістранта, його готовність до самостійної

наукової, практичної та викладацької роботи за фахом і приймає рішення про

присвоєння кваліфікації та видачу диплома магістра.

Після закінчення науково-дослідних робіт (НДР) починається новий

етап – літературне оформлення здобутих результатів у вигляді звіту,

доповіді, статті тощо.

Звіт про НДР є науково-технічним документом, який містить повні

систематизовані відомості про виконану роботу (чи її етап).

Загальні вимоги до звіту такі: чітка й логічна послідовність викладання

матеріалу; переконливість аргументації; стислість і точність (що виключає

неоднозначність тлумачення) формулювань; конкретність викладання

результатів робіт; обгрунтованість рекомендацій і пропозицій.

Структура звіту така: титульна сторінка (титул); реферат; зміст; перелік

умовних позначень, символів, одиниць і термінів; вступ; основна частина;

висновки; список використаних джерел; додатки.

Обов’язкові структурні частини будь-якого звіту про НДР: титул;

реферат; вступ; основна частина; список використаних джерел. Інші

структурні частини є необов’язковими і можуть не включатися до звіту. Це

стосується, зокрема,

списку виконавців, якщо звіт був виконаний одним виконавцем (його

прізвище та підпис подають на титулі);

змісту, якщо обсяг звіту менший за 10 сторінок;

переліку умовних позначень, символів, одиниць і термінів, якщо

загальна кількість скорочень, символів, термінів менша від 20 і кожне

з них повторюється в тексті менш як тричі.

Реферат будь-якого звіту починають із зазначення обсягу, кількості

рисунків і таблиць, кількості використаних джерел. Далі наводять перелік

ключових слів, які в сукупності дають уявлення про зміст звіту. Ключовими

словами є слова чи словосполучення з тексту документу, які істотні з точки

зору інформаційного пошуку. Перелік має містити від 5 до 15 слів

(словосполучень), надрукованих в рядок, через коми в називному відмінку

великими літерами. Текст реферату має відбивати об’єкт дослідження, мету

роботи, метод дослідження та апаратуру; здобуті результати та їх новизну;

ступінь упровадження; рекомендації щодо впровадження результатів НДР;

ефективність, галузі застосування; основні конструктивні та техніко-

експлуатаційні характеристики. Обсяг реферату визначається характером

виконаної НДР, але не повинен перевищувати 25 сторінок формату А4.

Вступ до звіту має містити оцінку сучасного стану вирішуваної

науково-технічної проблеми, підстави та вихідні дані для розробки теми,

обгрунтування необхідності проведення НДР. Тут потрібно показати

актуальність і новизну теми.

В основній частині звіту вміщують основні відомості (з ілюстраціями

й таблицями), які відбивають суть, методику і основні результати НДР (її

етапів). Як правило, кожну НДР розбивають на такі етапи:


15

вибір напрямку досліджень;

теоретичні та експериментальні дослідження;

узагальнення й оцінювання результатів досліджень.

Закінчення має містити короткі висновки за результатами виконаної

НДР (окремих її етапів), пропозиції щодо їх використання, оцінку техніко-

економічної ефективності впровадження. Тут потрібно зазначити, чим

завершилася НДР (здобуто наукові дані про нові об’єкти, процеси, явища,

закономірності; складено інструкції, методики; виготовлено лабораторні та

дослідні зразки виробів; розроблено проекти нових технологічних процесів,

режимів тощо). Якщо із завершенням НДР здобуто негативні результати, це

треба відбити в закінченні, зазначивши також шляхи й мету подальшої

роботи або обгрунтувавши недоцільність її продовження.

З метою кращого розуміння та пояснення основної частини звіту до

нього включають додатки, які містять допоміжний матеріал різного

характеру (проміжні математичні доведення, формули й розрахунки; таблиці

допоміжних цифрових даних; протоколи й акти випробувань; описи

апаратури й приладів; інструкції та методики, опис алгоритмів і програм

задач, ілюстрації допоміжного характеру тощо).

Додатки оформляють як продовження звіту на подальших його

сторінках чи у вигляді окремих частин (книги), розташовуючи їх згідно з

послідовністю появи посилання в тексті. Кожний додаток починається з

нової сторінки, у центрі якої записують слово “ДОДАТОК” (надруковане

великими літерами). Нижче подають назву додатка (вона має бути чіткою й

змістовною).

Звіт потрібно друкувати на одному боці аркуша білого паперу формату

А4 через 1 міжрядковий інтервал. Мінімальна висота шрифту 2.6 мм. Поля

слід залишати такі: ліве - понад 30 мм, праве - понад 10 мм, верхнє - понад 15

мм, нижнє - понад 20 мм. Вписувати в текст звіту окремі слова, формули,

умовні знаки дозволяється тільки чорним чорнилом чи чорною тушшю.

Текст основної частини звіту поділяють на розділи, підрозділи, пункти.

Заголовки розділів друкують симетрично тексту великими літерами,

заголовки підрозділів - з абзацу (відступу на початку рядка в тексті, що

дорівнює приблизно 15...17 мм) малими літерами (крім першої великої)..

Перенесення слів у заголовках з рядка в рядок не допустимі. Крапку в кінці

заголовка не ставлять. Відстань між заголовком і текстом має дорівнювати 3-

4 інтервалам. Підкреслювати заголовки не можна. Номери сторінок звіту

друкують арабськими цифрами в правому верхньому куті. На титулі номер

не ставлять. Докладніше ознайомитися з правилами оформлення ілюстрацій,

нумерацією формул, рисунків тощо можна в ДСТУ. Цей самий стандарт

регламентує й оформлення таблиць, титулу та відомостей про виконавців.

Список використаних літературних джерел розташовують у порядку

появи посилання в тексті звіту. Відомості про джерела, які включено до

списку, подаються згідно з ДСТУ.


16

ТЕМА 4

Інформаційне забезпечення наукових досліджень

4.1 Види та джерела наукової інформації

Система інформаційного забезпечення наукових досліджень включає

три компоненти:

інформацію як сукупність відомостей;

органи інформаційного забезпечення, які відповідають за збереження

та поширення інформації;

програмно-методологічні засоби (інструменти), що забезпечують

доступ до інформації.

Щоб забезпечити конкретне наукове дослідження інформацією,

необхідно, передусім, на змістовно-теоретичному рівні чітко визначити

необхідний обсяг і структуру інформації, встановити її джерела, знати доступ

до наявних інформаційних ресурсів.

Інформаційні ресурси - це сукупності інформаційних матеріалів -

документів і масивів інформації у формі публікацій, наукових звітів,

електронних записів (баз даних). Структурною одиницею інформаційного

ресурсу є науковий документ, тобто матеріальний об’єкт, який містить

науково-технічну інформацію і призначений для її збереження і

використання.

Документи поділяються на первинні і вторинні. Первинні

(фактографічні) документи містять безпосередньо результати наукових

досліджень, проектно-конструкторських робіт, виробничої діяльності тощо,

вторинні (бібліографічні) - це результати аналітико-синтетичної і логічної

переробки первинних документів.

Носіями первинної інформації є книги (підручники, посібники,

монографії), періодичні друковані видання (журнали, наукові праці,

бюлетені), оптичні компакт-диски, нормативні документи, а також

неопубліковані матеріали: депоновані рукописи, дисертації, наукові звіти

(про НДР), матеріали нарад, доповіді з окремих галузей науки та ін.

За всю історію людства накопичено величезний обсяг первинних

документів. За даними ЮНЕСКО світовий фонд науково-технічної

літератури перевищує 200 млрд назв. Крім того, зберігаються мільйони

неопублікованих документів. Користуватися таким інформаційним фондом

досить важко, а то й неможливо. Роль путівника у цьому неосяжному океані

інформації виконують вторинні документи, які оперативно й лаконічно або

розгорнуто інформують користувачів про наявність та зміст опублікованих і

неопублікованих документів. Це друковані картки, покажчики, реферативні

журнали, експрес-інформація, аналітичні довідки, огляди тощо.

Вторинні документи надають відомості про стан, тенденції і прогнози

розвитку досліджуваної проблеми чи певної галузі знань, критичні оцінки,

висновки, пропозиції з посиланнями на першоджерела. Це дає можливість

користувачеві безперервно стежити за появою нової інформації, здійснювати


17

діагностику та прогнозувати розвиток предметних галузей, визначати шляхи

розв’язання проблемних ситуацій в усіх сферах діяльності суспільства.

Для виробництва інформаційних продуктів і надання послуг,

необхідних для інформаційного забезпечення, формуються спеціальні

інформаційні служби (бібліотеки, архіви, інформаційні агенції та центри

науково-технічної інформації). Вони здійснюють збирання, збереження,

пошук і поширення інформації, надання її на запити чи за регламентом.

Для користувача кінцевим продуктом є інформація, яка містить

відомості фактичного характеру. Джерела такої інформації різні:

офіційні публікації державних органів: нормативно-правові акти,

статистичні збірники, бюлетені, експрес-інформація;

література ділового характеру, призначена для використання

фахівцями у практичній діяльності: управлінська,

фінансова, комерційна маркетингова, статистична, правова тощо;

спеціальна література: науково-технічна, технологічна, нормативна,

патентна документація, промислові каталоги, реєстри, кадастри, довідники

тощо;

наукова і навчально-методична література з різних галузей знань,

словники, енциклопедії, бібліографічні видання;

первинна облікова і технічна документація, бухгалтерська і

статистична звітність;

бази даних мережі Internet.

Якщо інформація про об’єкт і предмет дослідження відсутня,

здійснюють безпосереднє спостереження. Для цього необхідно самостійно

спланувати обстеження: розробити програму, інструментарій, вирішити

організаційні питання. Програмно-методологічні й організаційні питання

статистичного спостереження розглядаються у підручниках зі статистики.

Оскільки спостереження є досить трудомісткою процедурою, то науково-

дослідна робота студентів вищих навчальних закладів зорієнтована

переважно на використання наявних інформаційних ресурсів.

Доступ до інформаційних ресурсів здійснюється за допомогою різних

програмно-методологічних і нормативно-правових інструментів. Це

словники, тезауруси і класифікації, інструкції і методичні матеріали, статути

і положення, схеми, описи, програмне забезпечення, Internet тощо. Кожний

тип інформаційного продукту вимагає специфічної технології отримання.

З посиленням впливу науки на виробництво і економіку в цілому

зростали вимоги до інформаційного забезпечення, створювалися

спеціалізовані організації - інститути науково-технічної інформації,

аналітичні центри, реферативні, інформаційні і консультаційні служби,

засоби тиражування і передачі інформації тощо. Останнім часом в практику

інформаційного забезпечення досить стрімко впроваджуються інформаційні

технології, які базуються на використанні комп’ютерної техніки і

телекомунікацій. Глобальним джерелом інформації стає мережа Internet.


18

Основані на сучасних технологіях інформаційно-пошукові системи значно

розширюють можливості інформаційного забезпечення.

4.2 Система науково-технічної інформації

Етап добору інформації для проведення наукових досліджень — один з

ключових. Існує думка, що найкраще рішення проблеми складається на 90% з

інформації і на 10% з натхнення. Власне інформацію можна віднести до

категорії абстрактних понять, але низка таких особливостей, як можливість

фіксування, передачі, зберігання, знищення інформації наближають її до

матеріальних об'єктів. Процес задоволення потреб конкретних користувачів в

інформації, заснований на використанні спеціальних методів і засобів її

отримання, опрацювання, накопичення та видачі в зручному для користувача

вигляді, називають інформаційним забезпеченням (ІЗ).

Існують різні методи класифікації інформації, яку використовують у

наукових дослідженнях, наприклад за способом відображення (цифрова,

текстова, алфавітна, графічна тощо); за насиченням даних (недостатня,

достатня, зайва); за способом представлення (директивна, розпорядча, звітна

і под.), за періодичністю або стабільністю виникнення даних (постійна,

змінна, епізодична); за призначенням (довідкова, нормативна, сигнальна,

регулююча) тощо.

Наприклад, в основу класифікації ІЗ наукового дослідження з

економіки з позицій завдань і ролі, яку ІЗ виконує в науково-дослідному

процесі, фахівці поклали професійну інформаційну комунікацію,

пізнавальність інформації та зміст інформаційного забезпечення (рис. 1).

Рис. 1. Класифікація інформаційного забезпечення науково-дослідного

процесу

За ступенем пізнавальності інформацію поділяють на нову та

релевантну.


19

Нова інформація відображає новизну запропонованого рішення або

обґрунтовує причину недоліків, виявлених дослідженням.

Релевантна інформація, тобто така, зміст якої відповідає інформаційній

потребі, міститься в аналогах, прототипі і стосується лише тієї частини

досліджуваних об'єктів, де виявлено суттєві відмінності.

У наукових дослідженнях з економіки ІЗ за змістом поділяють на

законодавче (сукупність законів, що регулюють суспільні відносини у сфері

цивільного, трудового, кримінального, адміністративного права, які

використовуються у виробничій і фінансово-господарській діяльності

підприємства); планове та нормативно-довідкове (сукупність інформації, що

міститься в планах економічного й соціального розвитку об'єкта

дослідження, нормах і нормативах витрат матеріальних, трудових і

фінансових ресурсів, створення фондів економічного стимулювання,

податкових пільг, розмірів платежів у держбюджет та ін.); договірне (підбір

комплектів господарських угод); технологічне (технічна документація з

технології виготовлення продукції, робіт і послуг, стандарти, технічні умови

якості продукції, проектно-технічна документація та ін.); організаційно-

управлінське (структура об'єкта дослідження, його юридично-правової,

госпрозрахункової самостійності та організаційно-розпорядчі документи,

службове листування тощо); фактографічне (сукупність даних економічного

характеру про факти (операції), наявні у виробничій і фінансово-

господарській діяльності і відображені в первинних документах). Розподіл

інформації за змістом у наукових дослідженнях в інших галузях знань має

свої специфічні риси, обумовлені особливостями об'єктів і предметів

дослідження в певній галузі.

Однак для всього різноманіття видів інформаційного забезпечення

існують такі основні принципи його формування:

1. Актуальність. Інформація повинна реально відображати стан об'єкта

дослідження на кожен проміжок часу.

2. Достовірність. Інформація повинна точно відтворювати об'єктивний

стан і розвиток об'єкта дослідження.

3. Повнота відображення. Необхідно враховувати всі чинники, що

впливають на стан об'єкта.

4. Інформаційна єдність. Представлення інформації в такій системі

показників, за якої унеможливлювалася б суперечність у висновках і неузго-

дженість первинних і висновкових даних.

5. Релевантність даних. Дає змогу отримувати інформацію відповідно

до висунутих вимог, виключає роботу із зайвими даними.

У зв'язку з великими темпами кількісного зростання інформації

забезпечення останньої вимоги набуває з часом дедалі більшого значення.

Тому органи науково-технічної інформації взяли на себе функцію аналізу і

синтезу НТІ. Загалом будь-яке наукове дослідження можна розглядати як

процес аналітико-синтетичного опрацювання величезної кількості

інформації, яке проходить у три стадії. По-перше, на базі спостережень

накопичується досвід і отримується інформація для аналізу. Потім, на


20

наступній стадії, з отриманої раніше інформації виділяють суттєве,

узагальнюють і роблять висновки. І нарешті, на третій стадії отримані

висновки перевіряють практично і використовують в людській діяльності.

Продукти такого опрацювання інформації з'являються як в процесі

дослідницької, так і науково-інформаційної діяльності. Розрізняють наступні

види аналітико-синтетичної переробки наукових документів:

бібліографічний опис, анотування, реферування, критична оцінка та

узагальнення, складання оглядів, доповідей.

Бібліографічний опис — це і процес, і результат складання за

встановленими правилами переліку відомостей про документ, що дає змогу

повністю визначити цей документ і знайти його серед інших для

використання в різних видах робіт.

Анотування — процес складання стислої характеристики змісту і

призначення документа, основної його теми і мети виконаної роботи.

Результатом цього процесу є анотація.

Реферуванням називають стислий виклад змісту первинного документа

(або його частини) з основними фактичними даними та висновками. У

процесі реферування виконують семантичну компресію (стискання) тексту.

Результат цього процесу — реферат, який містить тему, предмет, об'єкт,

мету, метод проведення роботи, отримані результати, висновки, сферу

використання.

На етапі критичної оцінки та узагальнення науково-технічних даних

здійснюють їхню систематизацію; "стискання" (скорочення фізичних обсягів)

даних; їх аналіз та оцінку; визначення актуальності тих чи інших науково-

технічних даних для конкретних галузей науки і техніки.

Найскладнішим видом аналітико-синтетичного опрацювання науково-

технічної інформації є підготовка оглядів науково-технічної літератури та

щорічних доповідей і найважливіших вітчизняних і закордонних досягнень у

сфері науки, техніки та виробництва.

Огляд — текст, що містить синтезовану інформацію з якогось питання

чи низки питань, вилучену з деякої множини спеціально підібраних з цією

метою первинних документів, виданих за певний час.

Розрізняють бібліографічні, реферативні, аналітичні огляди.

Бібліографічний огляд містить характеристику первинних документів як

джерел інформації, що з'явилися за певний час або поєднаних за якоюсь

загальною ознакою. Реферативний огляд містить систематизовані дані і

факти та узагальнену інформацію про стан питання без їх критичної оцінки

автором огляду. Аналітичний огляд — це всебічний аналіз всієї інформації,

що міститься у вихідних первинних документах, її аргументовану оцінку і

обгрунтовані рекомендації щодо використання цієї інформації.

Крім того, огляди розрізняють: за предметом аналізу (бібліографічні та

огляди стану питання); за метою складання (відображення досягнень науки

чи техніки в конкретній галузі і за певний період часу; спрямовані на

вирішення конкретних практичних завдань та ін.); за призначенням (для

вузьких спеціалістів, керівників; науково-популярні); за видами використа-


21

них першоджерел (огляди періодичних видань, патентних описів, рекламних

повідомлень тощо).

Особливе місце в інформаційній діяльності органів НТІ посідає

підготовка доповідей про найважливіші вітчизняні і закордонні досягнення в

галузі науки, техніки і виробництва. Доповіді складаються щорічно і містять

вивчені і проаналізовані відомості про науково-технічні досягнення і пропо-

зиції щодо практичного їх використання.

4.3 Пошук інформації у мережі Internet

Internet - всесвітня (глобальна) інформаційна мережа, яка з’єднує

мільйони комп’ютерів (серверів) з метою спільного використання

інформаційних ресурсів. Інформація в Internet організована у вигляді

комп’ютерних файлів, які називаються Web- сторінками. Сукупність

пов’язаних між собою Web-сторінок, створених конкретною особою чи

організацією, утворюють Web- сайт. Зараз це основний і найбільш

поширений тип інформаційних ресурсів в Internet.

Комп’ютерні файли можуть містити різні типи інформації: тексти,

подані символами (літерами, цифрами, розділовими знаками тощо), графічні

зображення, повідомлення електронної пошти, комп’ютерні програми і т.д.

Інформаційна служба пошуку необхідних даних - World Wide Web

(скорочено www) - ґрунтується на гіпертекстовій логіці перегляду

документів, за якою Web-сторінка містить посилання (links) на інші сторінки

чи інформаційні ресурси.

Для доступу до Web використовується спеціальна програма - браузер.

Щоразу, коли здійснюється запит Web-сторінки, браузер встановлює зв’язок

з відповідним Web-сервером, запитує копію цієї сторінки і коли інформація

надходить, автоматично її відображає. З-поміж існуючих у Мережі браузерів

найпоширенішими є Internet Explorer та Mozilla FireFox, Opera.

Порядок роботи Internet регламентують певні стандартні правила

передачі інформації - протоколи. Для довідки наведемо найважливіші з них:

Ім’я Повне ім’я Призначення

ір Internet Protocol Передача пакетів даних

tcp Transmission

Control Protocol

Управління потоками пакетів

даних

http HyperText Transfer

Protocol

Поширення Web-даних

(гіпертексту)

ftp File Transfer

Protocol

Копіювання файлів між

комп’ютерами

Для ідентифікації підключених до Internet комп’ютерів кожний з них

має своє унікальне ім’я, представлене певним поєднанням символів. Окремі

частини імені називаються доменами. Ім’я може мати кілька доменів, які


22

відокремлюються один від одного крапками. Якщо розглядати їх зліва

направо, кожний наступний домен на один рівень вищий за попередній.

Крайня права частина імені називається доменом верхнього рівня. Існує два

типи доменів верхнього рівня: трилітерні домени організацій і дволітерні

домени країн. Наведено домени організацій верхнього рівня:

Com Edu Gov Mil Org Net

Комерційні

організації

Навчальні

заклади

Державні

установи

Військові

установи

Інші

організації

Ресурси

мережі

Приклади географічних доменів верхнього рівня:

Канада Німеччи

на

Франція Японія Росія Україна Великоб

ританія

США

са de fr jp ru uа uk us

Наприклад, http:// www.ukrstat.gov.ua

Крайня права частина імені (uа) повідомляє, що цей комп’ютер

знаходиться в Україні. Наступна частина (gov) показує, що комп’ютер

належить державній установі, а третя (ukrstat) - Держкомстату України.

Символ (www) вказує, що комп’ютер виконує функції Web-cepвepa. Отже, це

адреса Web- сайту Держкомстату України.

Аналогічно адреса http://www.bank.gov.ua вказує на належність Web-

сайту Національному банку України, а http://www.kneu.kiev.ua - Київському

національному економічному університету (КНЕУ).

На Web-сайтах зберігаються сотні файлів, які об’єднуються в каталоги

(directories). Кожний каталог має власну ієрархічну структуру (кілька рівнів

підкаталогів). Місцезнаходження конкретного інформаційного ресурсу

описує спеціальна його адреса - URL (Uniform Resource Locator /

уніфікований локатор ресурсів). В Мережі поширені два формати URL:

Протокол:// адреса_сервера/ шлях до файла / ім’я_файла

Протокол:// адреса_сервера

Першою частиною адреси є протокол, який описує схему доступу до

файла і відокремлюється від іншої його частини двокрапкою та двома

нахиленими рисками (://).

Адресою_сервера є доменне ім’я комп’ютера, на якому розміщено

інформаційний ресурс.

Шлях доступу до файлу – це послідовність імен каталогів і

підкаталогів, в останньому з яких міститься потрібний файл. Імена каталогів

розділяються нахиленою рискою (/).

Ім’я_файла, тобто конкретного документа, пошук якого здійснюється,

зазвичай має дві складові: перша описує зміст даних, а друга вказує на тип

даних і називається розширенням. Найчастіше в Internet зустрічаються такі

розширення: htm (html) - Web-сторінка1, txt - простий текст , zip ~ стиснутий

набір файлів, jpg - графічне зображення. Наприклад, адреса файла

http://www.nbuv.gov.uа/db/ri.html вказує, що файл «rі» знаходиться в каталозі

«db» Web-сайту Національної бібліотеки України імені В.І. Вернадського

http://www.ukrstat.gov.ua/

http://www.bank.gov.ua/

http://www.kneu.kiev.ua/


23

(http://www.nbuv.gov.ua). Це файл загальнодержавної реферативної бази

даних «Україніка наукова». Він забезпечує доступ глобальної комп’ютерної

мережі до реферативної інформації про наукові видання українських вчених і

фахівців: монографій, енциклопедій, довідників, словників, періодичних

видань, збірників наукових праць, матеріалів конференцій, авторефератів

дисертацій тощо. Щомісяця база даних поповнюється двома тисячами

записів.


24


ТЕМА 1 (5)

Теоретичні дослідження та моделювання в науковій і технічній

творчості

Головна мета теоретичних досліджень – виділити в процесі синтезу

знань істотні зв’язки між досліджуваними об’єктами і навколишнім

середовищем, пояснити й узагальнити результати емпіричного дослідження,

виявити загальні закономірності та формалізувати їх.

Завдання теоретичних досліджень такі:

узагальнити результати практичних досліджень, визначивши

загальні закономірності шляхом обробки та інтерпретації дослідних даних;

поширити результати досліджень на ряд подібних об’єктів, не

повторюючи всього обсягу досліджень;

вивчити об’єкти, недоступні для безпосереднього дослідження;

підвищити надійність експериментів.

У процесі теоретичних досліджень, що грунтуються на

загальнонаукових методах аналізу і синтезу, широко використовують

розчленовування та об’єднання елементів досліджуваної системи (об’єкта,

явища).

Метод розчленовування (його запропонував французький філософ та

природознавець Р. Декарт) полягає у виокремленні істотних і неістотних

параметрів, основних елементів і зв’язків між ними. Розчленувавши об’єкт,

вивчають види взаємозв’язків його елементів, моделюють ці елементи, а далі

поєднують у складну модель об’єкта.

Для побудови моделей об’єкта дослідження використовують

найзагальніші принципи й закономірності. Це дає змогу врахувати всі

припущення, зроблені для побудови формалізованих теорій, і точно

визначити область їх застосування.

Протилежним розчленовуванню є метод об’єднання. З ним пов’язаний

комплексний підхід до вивчення об’єкта, відомий під назвою “загальна теорія

систем”, або “системологія”.

Загальна теорія систем (ЗТС) уперше була сформульована Л.

Берталанфі. З часом у структурі ЗТС виникли два напрямки. Перший

напрямок - вивчення таких понять, як принцип системності, системний

підхід, системний аналіз тощо. Другий напрямок - побудова математичного

апарату, що претендує на строгий опис закономірностей формування й

розвитку будь-яких систем.

ЗТС базується на трьох постулатах. Перший стверджує, що

функціонування систем будь-якої природи можна описати на підставі

розгляду формальних структурно-функціональних зв’язків між їх окремими

елементами. Другий постулат полягає в тому, що внутрішня організація

системи може бути визначена на основі спостережень, проведених зовні в


25

кілька фіксованих етапів, лише за тими елементами системи, які

безпосередньо взаємодіють з її оточенням. Третій постулат полягає в тому,

що організація системи повністю визначає її функціонування і характер

взаємодії з навколишнім середовищем.

Теоретичні дослідження містять аналіз фізичної суті процесів, явищ;

формулювання гіпотези дослідження; побудову (розробку) фізичної моделі;

проведення математичного дослідження; аналіз теоретичних рішень;

формулювання висновків.

Процес проведення теоретичних досліджень складається з кількох

стадій. Оперативна стадія - перевірка можливості усунути технічну

суперечність, оцінювання можливих змін у середовищі, що оточує об’єкт,

аналіз можливості розв’язати задачі з інших галузей знань.

Синтетична стадія - визначення впливу зміни однієї частини об’єкта

на побудову інших його частин, а також відповідних змін інших об’єктів, що

працюють спільно з даними, тощо.

Стадія постановки задачі - визначення кінцевої мети розв’язування

задачі, вибір найефективнішого шляху розв’язування і знаходження

потрібних кількісних показників.

Аналітична стадія - визначення ідеального кінцевого результату і

факторів, що перешкоджають його здобуванню.

Постановка задачі є найскладнішим етапом її розв’язування. Виділити

задачу з величезної маси навколишніх об’єктів та зв’язків і досягти її

прихованої суті - запорука успіху в досягненні поставленої мети.

Розв’язування теоретичних задач завжди має бути творчим. Творчі

підходи часто не вкладаються в усталені рамки, вони, по суті, руйнують

звичні уявлення та погляди на досліджувані явища. Зауважимо, що творчі

думки (оригінальні рішення) виникають тим частіше, чим більше сил, праці,

часу витрачено на постійне обдумування шляхів розв’язування теоретичної

чи практичної задачі.

Розв’язування практичних задач математичними методами

відбувається в такій послідовності: математичне формулювання задачі

(розробка математичної моделі); вибір методу дослідження здобутої

математичної моделі; аналіз знайденого математичного результату.

Математичне формулювання задачі подають за допомогою чисел,

геометричних образів, функцій, систем рівнянь тощо. Математична модель

являє собою систему математичних співвідношень - формул, функцій,

рівнянь, систем рівнянь, які описують ті чи інші властивості досліджуваного

об’єкта (явища, процесу). На етапі вибору типу математичної моделі,

аналізуючи дані пошукового експерименту, встановлюють лінійність чи

нелінійність, динамічність чи статичність, стаціонарність чи

нестаціонарність, а також ступінь детермінованості досліджуваного об’єкта.

Геометричні та фізичні задачі звичайно приводять до одного з таких

трьох видів рівнянь:

1) диференціальне рівняння в диференціалах;

2) диференціальне рівняння в похідних;


26

3) найпростіше інтегральне рівняння, яке можна далі перетворити в

диференціальне.

Процес вибору математичної моделі об’єкта закінчується її попереднім

контролем. При цьому застосовують контроль за такими показниками:

розмірності; порядки; характер залежностей; екстремальні ситуації, межові

умови тощо.

Наступний етап розв’язування практичних задач математичними

методами - вибір методу дослідження моделі, безпосередньо пов’язаний з

такими поняттями, як внутрішня та зовнішня правдоподібність дослідження.

Під зовнішньою правдоподібністю дослідження розуміють очікуваний

ступінь адекватності математичної моделі реальному об’єкту за

властивостями, які цікавлять дослідника.

Внутрішня правдоподібність дослідження - це очікуваний ступінь

точності розв’язування рівнянь, узятих за математичну модель об’єкта.

Якщо вид моделі вже вибрано, то зовнішню правдоподібність моделі

вважають фіксованою. Тоді вибір методу дослідження повністю

визначатиметься необхідним ступенем внутрішньої правдоподібності.

Здебільшого при виборі методу дослідження керуються принципом

відповідності зовнішньої та внутрішньої правдоподібності. Цей принцип

аналогічний відомому правилу наближених обчислень: ступінь точності

результату має відповідати ступеню точності початкових даних.

Часто доводиться досліджувати й випадкові події та процеси. Ця

випадковість зумовлюється безперервно змінюваними обставинами

(вимушені простої машин; нерівномірна робота транспорту, нестійкі

метеофактори тощо), а також тим, що певні події можуть або відбутися, або

не відбутися. Перебіг випадкових подій підлягає певним закономірностям,

які вивчає теорія ймовірностей.

Теорія ймовірностей базується на таких основних засадах. Множина

безлічі однорідних подій - значень випадкової величини Х становить

первинний статистичний матеріал.

Сукупність, що містить найрізноманітніші варіанти масового явища,

називають генеральною сукупністю, або великою вибіркою N. Звичайно

вивчають лише частину генеральної сукупності - так звану вибіркову

сукупність, або малу вибірку 1N .

Імовірністю p x події x називають відношення числа випадків N x

,

які сприяють настанню події x , до загального числа можливих випадків N :

N xp x

N

Теорія ймовірностей розглядає теоретичні розподіли випадкових

величин та їх характеристики. Математична статистика займається

обробкою та аналізом емпіричних випадкових подій. Ці дві споріднені науки

становлять єдину математичну теорію масових випадкових процесів, широко

застосовувану в наукових дослідженнях.


27

У математичній статистиці важливе значення має поняття про частоту

y x події x , що являє собою відношення числа випадків n x

, при яких

настала, подія x , до загального числа подій п:

.

n xy x

n

Імовірність випадкової події - це кількісна оцінка можливості її появи.

Вірогідна подія має ймовірність 1p x , для неможливої події 0p x

.

Отже, для будь-якої випадкової події x : 0 1p x , а сума ймовірностей

всіх можливих значень

0

1.n

ip

У дослідженнях іноді недостатньо знати функцію розподілу. Потрібні

ще такі її характеристики: середньоарифметичне та математичне сподівання,

дисперсія, розсіяння ряду розподілу.

Методи теорії ймовірностей і математичної статистики є основою

теорії надійності, яка широко застосовується в різних галузях науки і техніки.

Забезпечити надійність роботи будь-яких пристроїв і машин (виключити

відмови) - одне з основних народногосподарських завдань. У теорії

надійності відмови розглядають як випадкові події. Для кількісного опису

відмов застосовують математичні моделі - функції розподілу ймовірностей

деяких випадкових величин. Найчастіше застосовують закони нормального

та експоненціального розподілу, закон Вейбула і т. ін.

У наукових дослідженнях широко використовують також методи теорії

подібності та моделювання.

Моделювання можна визначити як метод практичного чи теоретичного

оперування об’єктом, який перебуває в деякій об’єктивній відповідності з

об’єктом, що вивчається, і має ряд його істотних властивостей, - так званою

моделлю даного об’єкта (оригіналу). При цьому мають існувати деякі

співвідношення, що визначають умови переходу від моделі до оригіналу.

Такі співвідношення називають масштабами.

Моделювання застосовується в наукових дослідженнях, спрямованих

на розв’язування як загальнофілософських і загальнонаукових (перший

аспект), так і конкретних науково-технічних (другий аспект) проблем.

Прийоми аналізу та апарат розв’язування при цьому різні, але метод один і

той самий. Він потребує встановлення критеріїв подібності, або

формулювання тих умов, за яких модель може вважатися такою, що

задовільно відбиває оригінал.

Подібність процесів, що відбуваються в оригіналі та моделі, за

ступенем взаємної відповідності їх параметрів поділяють на абсолютну,

повну, неповну та наближену. Існують кілька теорем подібності, з якими

можна ознайомитися в спеціальній літературі.


28

Теорія подібності та моделювання допомагає долати багато труднощів,

які виникають у процесі постановки та обробки результатів

експериментальних і аналітичним досліджень. Моделі різних видів

поступово набувають все більшого значення, даючи змогу уточнювати

теорію роботи різних пристроїв, перевіряти апріорні висновки і здобувати

повніші та наочніші уявлення про закономірності, що вивчаються, порівняно

з тими, які можна дістати лише на основі розрахунків. Зокрема, моделі мають

велике навчальне значення в тому плані, що дозволяють багатократно

створювати аварійні режими машин, апаратів та систем і всебічно

аналізувати при цьому їх у найстисліші строки. А це дуже важливо для

набуття інженерного досвіду. Моделі поділяють на концептуальні,

кібернетичні, квазіаналогові і т. ін.

Зауважимо, що подібність і моделювання не лише не суперечать

аналітичним методам, застосовуваним в обчислювальних машинах, а

навпаки, підсилюють їх, забезпечуючи можливість перевірки.


29

ТЕМА 2 (6)

Експериментальні дослідження

Важливою складовою частиною наукових досліджень є експеримент,

тобто науково поставлений дослід, що має точно враховані та керовані

умови. Слово “експеримент” походить від лат. experimentum – проба, дослід.

У науково-дослідній роботі це слово означає дослід, цілеспрямоване

спостереження, відтворення об’єкта пізнання (організація особливих умов

його існування, перевірка передбачень). Отже, експеримент – це дія, що має

на меті створити умови для здійснення того чи іншого явища, виявити

властивості досліджуваного об’єкта, перевірити правильність гіпотез і на цій

основі широко й глибоко розкрити тему наукового дослідження.

Організація та постановка експерименту залежать од його призначення.

Експерименти в різних галузях науки поділяють на хімічні, біологічні,

фізичні, психологічні, соціальні тощо. Їх розрізняють також за способом

формування умов (природних і штучних); за метою дослідження

(трансформуючі, констатуючі, контролюючі, пошукові, розв’язувальні); за

організацією проведення (лабораторні, натурні, польові, виробничі тощо); за

структурою об’єктів і явищ, які вивчаються (прості, складні); за характером

зовнішніх впливів на об’єкт дослідження (речовинні, енергетичні,

інформаційні); за характером взаємодії засобу експериментального

дослідження з об’єктом дослідження (звичайний та модельний); за типом

моделей, досліджуваних в експерименті (матеріальний та мислений); за

контрольованими величинами (пасивний і активний); за числом змінюваних

факторів (однофакторний та багатофакторний); за характером об’єктів, які

вивчаються (технологічні, соціометричні) тощо.

Природний експеримент передбачає проведення дослідів у природних

умовах існування об’єкта дослідження (переважно використовують у

біологічних, соціальних, педагогічних та психологічних науках).

Штучний експеримент передбачає формування штучних умов (широко

застосовують у природничих і технічних науках).

Трансформуючий (відтворюючий) експеримент передбачає активну

зміну структури і функцій об’єкта дослідження згідно з висунутою

гіпотезою, формування нових зв’язків і відношень між компонентами

окремого об’єкта або між об’єктами, які вивчаються.

Констатуючий експеримент використовують для перевірки певних

передумов. У процесі такого експерименту констатують наявність того чи

іншого зв’язку між дією на об’єкт дослідження та результатом цієї дії.

Контролюючий експеримент зводять до перевірки результатів

зовнішніх впливів на об’єкт дослідження з урахуванням його стану,

характеру дії та очікуваного ефекту.

Пошуковий експеримент виконують в тому разі, коли через відсутність

достатніх апріорних даних ускладнена класифікація факторів, які впливають

на досліджуване явище. За результатами пошукового експерименту

встановлюють значущість факторів. При цьому неістотні фактори відсіюють.


30

Розв’язувальний експеримент виконують для перевірки вірогідності

основних положень фундаментальних теорій в тому разі, коли дві чи кілька

гіпотез однаково узгоджуються а багатьма явищами. Це ускладнює вибір

вірогідної гіпотези.

Прикладом розв’язувального експерименту може бути суперечка поміж

Птоломеєм і Коперніком про рух Землі. Вирішальний дослід Фуко з

маятником остаточно вирішив цю суперечку на користь теорії Коперніка.

Лабораторний експеримент виконують у лабораторних умовах з

використанням типових приладів, спеціальних моделюючих установок,

стендів, обладнання тощо. Найчастіше в лабораторному експерименті

вивчають не сам об’єкт, а його зразок. Такий експеримент дає змогу якісно

вивчити вплив одних характеристик, коли варіюються інші, здобути

добротну наукову інформацію за мінімальних витрат часу та ресурсів. Проте

такий експеримент не завжди повністю моделює реальний хід процесу, що

вивчається, тому постає потреба проводити натурний експеримент.

Натурний експеримент виконують у природних умовах і на реальних

об’єктах. Цей вид експерименту доцільно застосовувати в процесі натурних

випробувань виготовлених систем. Натурні експерименти поділяють на

виробничі, польові, полігонні, напівнатурні тощо. Натурний експеримент

завжди потребує ретельного обмірковування та планування, раціонального

добору методів дослідження. Основною науковою проблемою натурного

експерименту є забезпечення достатньої адекватності умов експерименту

реальній ситуації, в якій працюватиме створюваний об’єкт. До основних

завдань натурного експерименту належать такі: вивчення характеристик дії

середовища на досліджуваний об’єкт; ідентифікація параметрів об’єкта;

оцінка ефективності функціонування об’єкта та перевірка його на

відповідність заданим вимогам.

Відкриті й закриті експерименти широко застосовують у психології,

соціології, педагогіці. У відкритому експерименті його завдання однозначно

пояснюють, а в закритому (щоб здобути об’єктивні дані) приховують від

осіб, певні риси яких є предметом дослідження. Оскільки будь-яка форма

відкритого експерименту впливає на поведінку згаданих осіб, він доцільний

лише в тому разі, коли виключаються суб’єктивні завади. Закритий

експеримент проводять так, що той, хто є його об’єктом, почувається цілком

природно.

Простий експеримент використовують для вивчення об’єктів, які не

мають розгалуженої структури, з невеликою кількістю взаємопов’язаних та

взаємодіючих елементів, що виконують найпростіші функції.

У складних експериментах вивчають явище та об’єкти розгалуженої

структури із значною кількістю взаємопов’язаних і взаємодіючих елементів,

що виконують складні функції. У складних об’єктах дослідження можлива

присутність кількох різних структур або задач. Проте кожний конкретний

стан складного об’єкта може бути описаний.

Інформаційний експеримент використовують для вивчення впливу

певної (різної за формою та змістом) інформації на об’єкт дослідження. До


31

таких експериментів найчастіше вдаються у біології, психології, соціології,

кібернетиці тощо, вивчаючи зміни стану об’єкта дослідження під впливом

передаваної йому інформації.

Речовий експеримент має на меті вивчити вплив різних речових

факторів на стан об’єкта дослідження (наприклад, вплив різних присадок на

якість сталі тощо).

Енергетичний експеримент застосовують для вивчення дії різних видів

енергії на об’єкт дослідження. Цей тип експерименту поширений у

природничих науках.

Звичайний (класичний) експеримент передбачає наявність

експериментатора як суб’єкта пізнання; об’єкта (предмета)

експериментального дослідження та засобів (інструментів, приладів тощо), за

допомогою яких виконують експеримент. У такому експерименті засоби його

проведення безпосередньо взаємодіють з об’єктом дослідження.

Модельний експеримент має справу з моделлю досліджуваного об’єкта.

Модель входить до складу експериментальної установки, причому вона

заміщує не лише об’єкт дослідження, а іноді й умови, в яких він вивчається,

Модельний експеримент має й недоліки, які пов’язані з тим, що різниця між

моделлю та реальним об’єктом може стати джерелом похибок, тоді як

екстраполяція результатів, здобутих при вивченні поводження моделі, на

модельований об’єкт, потребує додаткових витрат часу й теоретичного

обгрунтування правомірності такої екстраполяції.

Різниця між засобами експерименту при моделюванні дає підстави для

виокремлення мисленого та матеріального експерименту. Засобами

мисленого експерименту є побудовані в думці моделі досліджуваних

об’єктів. Мислений експеримент називають також ідеалізованим чи уявним.

Такий експеримент є однією з форм розумової діяльності суб’єкта, в процесі

якої відтворюється в уяві структура реального експерименту. Мислений

експеримент має таку структуру: побудова в думці моделі об’єкта

дослідження (ідеалізовані умови експерименту та впливи на об’єкт); свідоме

та планомірне змінювання, комбінування умов експерименту та впливів на

об’єкт; свідоме й точне застосування на всіх стадіях експерименту

об’єктивних законів науки. У результаті експерименту формулюються

висновки.

Матеріальний експеримент має аналогічну структуру. Проте в ньому

використовують матеріальні, а не ідеалізовані об’єкти дослідження. На

відміну від мисленого такий експеримент являє собою форму об’єктивного

матеріального зв’язку свідомості із зовнішнім середовищем, тоді як

мислений експеримент є специфічною формою теоретичної діяльності

суб’єкта.

Мислений експеримент має ширшу сферу застосування, ніж

матеріальний, оскільки до нього вдаються не лише під час підготовки та

планування реальних дослідів, а й у випадках коли їх проведення неможливе.

А. Ейнштейн згадував у зв’язку з розробкою теорії відносності такий

фрагмент своїх міркувань: “Якби можна було погнатися за світловою хвилею


32

зі швидкістю світла, то ми б дістали незалежне від часу хвильове поле. Усе

це здається неможливим! Це було першим дитячим мисленим

експериментом, який стосується спеціальної теорії відносності. Відкриття не

є справою логічного мислення, навіть якщо кінцевий продукт пов’язаний з

логічною формою”.

Мислені експерименти застосовують не лише вчені, а й письменники,

художники, педагоги, лікарі. Такий експеримент завжди присутній у

мисленні шахістів. Величезна роль мисленого експерименту в технічному

конструюванні та винахідництві. Його результати відбиваються у формулах,

кресленнях, графіках, ескізних проектах.

Пасивний експеримент передбачає вимірювання лише обмеженої

кількості показників (параметрів, змінних), що характеризують об’єкт

спостережень, без жодного втручання в його функціонування. Прикладами

пасивного експерименту е спостереження за інтенсивністю, складом,

швидкостями руху транспортних потоків; за числом захворювань чи

працездатністю певної групи людей тощо.

Активний експеримент пов’язаний з вибором спеціальних вхідних

сигналів (факторів) і контролює вхід та вихід досліджуваної системи.

Однофакторний експеримент передбачає виділення сприятливих

факторів, стабілізацію факторів, що перешкоджають експерименту,

поочередне варіювання факторів, які цікавлять дослідника.

У багатофакторному експерименті всі змінні варіюють одночасно і

кожний ефект оцінюють за результатами всіх дослідів, проведених у даній

серії експериментів.

Технологічний експеримент напрямлений на вивчення елементів

технологічного процесу (продукції, обладнання, діяльності робітників тощо)

або такого процесу в цілому.

Соціометричний експеримент використовують для вимірювання

існуючих міжособистосних соціально-психологічних стосунків у малих

групах з метою їх подальшого змінювання.

3апропоновану класифікацію експериментальних досліджень не можна

вважати повною, оскільки з розвитком наукових знань розширюються й

галузі застосування експериментального методу.

Для проведення експерименту будь-якого типу потрібно виконати такі

дії: розробити гіпотезу, що підлягає перевірці; створити програми

експериментальних робіт; визначити способи та засоби втручання в об’єкт

дослідження; забезпечити умови для виконання експериментальних робіт;

розробити шляхи й способи фіксування ходу та результатів експерименту;

підготувати засоби експерименту (прилади, установки, моделі тощо);

забезпечити експеримент потрібним обслуговуючим персоналом.

Особливе значення має правильна розробка методики експерименту.

Методика - це сукупність мислених і фізичних операцій, розміщених у

певній послідовності, згідно з якою досягають мети дослідження. При

розробці методики експерименту слід провести попереднє цілеспрямоване

спостереження за об’єктом чи явищем, що вивчається, а метою визначення


33

початкових даних (гіпотез, вибору варіюючих факторів); створити умови, за

яких можливе експериментування; визначити межі вимірювань;

систематично спостерігати за розвитком явищ, які вивчаються; систематично

реєструвати вимірювання та оцінювати факти, користуючись різними

засобами й прийомами; перейти від емпіричного вивчення до логічних

узагальнень, аналізу й теоретичної обробки здобутого фактичного матеріалу.

Правильно розроблена методика експерименту визначає його цінність.

Вибравши методику експерименту, дослідник має переконатися в її

практичному застосуванні.

Перед початком експерименту складають його план (програму), який

містить мету та завдання експерименту; намічене число дослідів;

послідовність їх виконання; значення кроку зміни факторів та інтервали між

експериментальними точками; обгрунтування засобів вимірювань; опис

проведення експерименту; обгрунтування способів обробки та аналізу його

результатів.

Застосувавши математичну теорію планування експерименту, можна

оптимізувати обсяг експериментальних досліджень і підвищити їх точність.

Важливим етапом підготовки до експерименту є визначення його мети

та завдань. Оптимальна кількість завдань, що мають бути вирішені в одному

експерименті, становить 3-4 (в усякому разі не більш як 8-10). До початку

експерименту треба вибрати варійовані фактори, тобто визначити основні та

другорядні характеристики, що впливають на процес дослідження,

проаналізувати розрахункові схеми процесу. Основним показником ступеня

важливості певної характеристики є її роль у досліджуваному процесі. Щоб

встановити цей ступінь, процес вивчають залежно від однієї (відповідної)

змінної за сталих інших. Такий принцип проведення експерименту

виправдовує себе у випадку, коли досліджуваних характеристик небагато

(1-3). У противному разі доцільно застосувати багатофакторний аналіз.

Готуючись до експерименту, потрібно обгрунтувати набір засобів

вимірювання (приладів) та іншого обладнання (машин, апаратів). Звичайно,

насамперед використовують стандартні машини й прилади, що випускаються

серійно. В окремих випадках постає потреба створювати унікальні прилади,

установки, стенди, машини для розробки теми.

Методи вимірювань мають базуватися на законах спеціальної науки -

метрології, яка вивчає засоби та методи вимірювань.

Зауважимо, що в одному й тому самому експерименті повторні відліки

за шкалами використовуваних приладів, звичайно, неоднакові. Розбіжності

пояснюються неоднорідністю властивостей досліджуваного об’єкта

(матеріал, конструкція тощо); недосконалістю приладів та різницею класів

точності; суб’єктивними особливостями експериментатора і т. ін. Із

збільшенням випадкових факторів, що впливають на дослід, збільшується

розходження цифр, здобутих при вимірюваннях. Це потребує повторних

вимірювань. Отже, потрібно встановити їх мінімальну кількість. Під

необхідною мінімальною кількістю вимірювань розуміють таку їх кількість,

яка в розглядуваному досліді забезпечує стале середнє значення вимірюваної


34

величини за даного ступеня точності. Установивши необхідну мінімальну

кількість вимірювань, здобудемо найоб’єктивніші результати за мінімальних

затрат часу й коштів.

У методиці докладно розробляють процес проведення експерименту,

визначають послідовність виконання вимірювань і спостережень, чітко

описують кожну операцію зокрема, обгрунтовують методи контролю якості

операцій, що за мінімальної кількості вимірювань забезпечують високу

надійність і задану точність. Готують спеціальні форми журналів для

записування результатів спостережень і вимірювань.

Важливим розділом методики є вибір методів обробки та аналізу

експериментальних даних. Обробку даних зводять до систематизації всіх

здобутих числових результатів, їх класифікації та аналізу. Результати

експериментів бажано зводити в таблиці, графіки, формули, номограми тощо.

Усі змінні мають подаватися в єдиній системі одиниць фізичних величин.

Особливу увагу в методиці приділяють математичним методам

обробки та аналізу дослідних даних, наприклад, встановленню емпіричних

залежностей, апроксимації зв’язків між варійованими характеристиками,

визначенню критеріїв тощо.

Результати експериментів мають відповідати трьом статистичним

вимогам щодо оцінок: 1) ефективність, тобто мінімальність дисперсії

відхилення відносно невідомого параметра; 2) вірогідність; 3) незміщеність –

відсутність систематичних похибок у процесі обчислення параметрів.

Найважливіша проблема при проведенні та обробці експерименту –

поєднати ці три вимоги.

Після розробки та затвердження методики експериментальних

досліджень встановлюють їх обсяг і трудомісткість, які залежать від глибини

теоретичних розробок, ступеня точності вибраних засобів вимірювання, а

також (дуже істотно) од виду експерименту. Наприклад, польові

експерименти завжди досить трудомісткі, що треба враховувати при

плануванні. Коли встановлено обсяг експериментальних робіт, складають

перелік потрібних засобів вимірювань, матеріалів, виконавців, а також

календарний план і кошторис.

Важливе місце в експериментальних дослідженнях належить

вимірюванням, тобто знаходженню значень фізичних величин дослідним

шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів. Сутність вимірювання

полягає в тому, що вимірювана величина порівнюється з відомою

величиною, узятою за одиницю (еталон). Теорією та практикою вимірювання

займається метрологія – наука про вимірювання, методи й засоби

забезпечення їх єдності, а також про способи досягнення потрібної точності.

Методи вимірювання поділяють на прямі та непрямі (посередні). У разі

прямих вимірювань шукану величину знаходять безпосередньо з досліду,

непрямих – функціонально від інших величин, визначених прямими

вимірюваннями. Наприклад, запис b f a означає, що b - величина, яку

знаходять за допомогою непрямих вимірювань.


35

Розрізняють також абсолютні та відносні вимірювання. Абсолютні - це

прямі вимірювання в одиницях вимірюваної величини. Відносні вимірю-

вання - це такі, в результаті яких дістають відношення вимірюваної величини

до величини, що відіграє роль одиниці.

Існує також метод безпосереднього оцінювання, який полягає в тому,

що значення шуканої величини знаходять безпосередньо за відліковим

пристроєм вимірювального приладу прямої дії (наприклад, вимірювання

маси за допомогою стрілкової ваги).

Згідно з методом протиставлення, вимірювання виконують

порівнянням з мірою (наприклад, вимірювання маси на рівноплечій вазі, коли

маса та гирі містяться на протилежних чашках ваги).

Диференціальний метод - на вимірювальний прилад діє різниця

вимірюваних та відомої величин (наприклад, перевірка мір довжини

порівнянням із зразковою мірою на компараторі).

Нульовий метод - результуючий ефект дії величини на прилад доводять

до нуля (наприклад, вимірювання електричного опору мостом з повним його

зрівноваженням).

Метод заміщення - вимірювану величину заміщують відомою

величиною, яку відтворюють мірою (наприклад, зважування з почерговим

розміщенням маси і гир на одній і тій самій чашці ваги).

Метод збігу - різницю між значеннями вимірюваної величини та

величини, що її створює міра, вимірюють з використанням збігу позначок

шкал чи періодичних сигналів.

Експериментальні дослідження невіддільні від засобів вимірювання,

тобто сукупності технічних засобів, які мають нормовані похибки і дають

потрібну експериментатору інформацію.

До засобів вимірювання належать міри, вимірювальні прилади,

установки та стенди. Міри призначені для знаходження кількісної

характеристики фізичної величини (наприклад, гиря - міра маси).

За допомогою вимірювальних приладів здобувають певну інформацію

про досліджувану величину в зручній для експериментатора формі. У таких

приладах величина, що вимірюється, перетворюється у відповідні покази.

Кожний прилад містить два основних вузли: вузол, що сприймає певного

типу сигнал, та вузол, що перетворює цей сигнал у покази.

Вимірювальна установка (стенд) являє собою систему, що складається

з основних та допоміжних засобів вимірювання, призначених для

вимірювання однієї чи кількох величин. Такі установки включають у себе

різні засоби вимірювань і перетворювачі (одно- чи багатоступеневі) сигналу

до рівня, що фіксується його вимірювальним механізмом.

Вимірювальні установки можуть створювати також сигнали, зручні для

автоматичної обробки результатів вимірювань. Такі сигнали фіксуються

відліковими пристроями, які бувають шкальними, цифровими та

реєструючими.


36

Діапазоном вимірювань називають ту частину діапазону показників

приладу, для якої встановлено його похибки (якщо відомі всі похибки

приладу, то діапазони вимірювань і показників збігаються).

Основною характеристикою приладу є точність. Вона характеризується

сумарною його похибкою. Засоби вимірювання поділяють за класами

точності. Клас точності приладу - це узагальнена його характеристика. Вона

визначається межами основної та додаткових допустимих похибок, які

впливають на точність.

Стабільність (відтворюваність) приладу - це властивість його

забезпечувати постійність показів щодо однієї й тієї самої величини. Ця

характеристика визначається варіацією показів приладу. З часом через

старіння матеріалів його стабільність порушується.

У процесі експериментальних робіт слід додержувати вимог інструкцій

з промсанітарії, техніки безпеки, пожежної профілактики. Особливу увагу

потрібно приділити завданню зменшити шум при експерименті, контролю за

станом гасових кранів та електрообладнання. Усі електроприлади мають бути

заземлені.

Особливе місце посідає аналіз експерименту. Це підсумковий етап

дослідної роботи, на основі якого роблять висновок про підтвердження

гіпотези наукового дослідження. Аналіз експерименту - процес творчий.

Іноді за цифровою інформацією важко уявити фізичну сутність процесу.

Тому потрібно особливо ретельно зіставляти факти, причини, що

зумовлюють хід того чи іншого процесу, і встановлювати адекватність

гіпотези та експерименту.

У ході експерименту вимірювати різні показники не можна з

абсолютною точністю, оскільки самі вимірювальні прилади та інструменти

мають певну неусувну похибку. Похибка виникає також через недосконалість

методів і засобів вимірювань, недостатню ретельність виконання досліду,

суб’єктивні чинники.

Похибки вимірювання поділяють на систематичні та випадкові. До

систематичних відносять такі, які за повторних експериментів лишаються

постійними (або змінюються за відомим зеконом). Якщо числові значення

цих похибок відомі, їх можна врахувати під час повторних вимірювань. До

випадкових відносять похибки, які виникають випадково в разі повторного

вимірювання. Ці похибки не можуть бути враховані, як систематичні. Але,

вдаючись до багаторазових повторень, за допомогою статистичних методів

можна врахувати (виключити) випадкові вимірювання, які найбільш

відхилені від основної групи. Різновидом випадкових похибок є грубі

помилки чи прорахунки, які істотно перевищують систематичні чи випадкові

похибки. Прорахунки легко виявляють і надалі при аналізі до уваги не

беруть.

У випадках, коли натурні експерименти та побудова фізичної моделі є

неможливими, використовують обчислювальний експеримент, методологія

та технологія якого грунтуються на застосуванні прикладної математики та

електронно-обчислювальних машин (ЕОМ) як технічної бази використання


37

математичних моделей. Тобто обчислювальник експеримент заснований на

створенні математичних моделей досліджуваних об’єктів. Ці моделі

формують за допомогою особливої математичної структури, яка може

відбивати властивості об’єкта, що він їх виявляє в різних експериментальних

умовах. Технологічний цикл обчислювального експерименту поділяють на

такі етапи.

1. Для досліджуваного об’єкта будують модель, спочатку фізичну, яка

фіксує поділ діючих факторів на головні та другорядні (їх на даному етапі

дослідження відкидають). Водночас формулюють припущення та умови

застосування моделі, записуваної в математичних символах і термінах

(звичайно у вигляді диференціальних чи інтегральних рівнянь).

2. Розробляють метод виконання обчислень у сформульованій

математичній задачі, тобто створюють обчислювальний алгоритм -

сукупність алгебраїчних формул, за якими треба вести обчислення, та умов,

що зазначають послідовність застосування цих формул.

3. Розробляють алгоритм і програму розв’язування задачі на ЕОМ.

4. Виконують обчислення на ЕОМ. При цьому точність інформації

визначається вірогідністю моделі, покладеної в основу експерименту,

правильністю алгоритмів і програм.

5. Обробляють результати обчислень, аналізують їх і роблять висновки.

У науці ї техніці існує багато галузей, в яких обчислювальний

експеримент єдино можливий засіб дослідження складних систем

(дослідження масштабів сучасної взаємодії людини та природи,

спостереження за глобальним кліматом Землі тощо).


38

ТЕМА 3 (7)

Автоматизовані системи обробки інформації на ЕОМ та застосування їх

у наукових дослідженнях

Незабаром після закінчення другої світової війни потреба в

автоматизації математичних розрахунків привела до створення комп'ютерів

(computer - у буквальному перекладі "рахункова машина"). Але широкого

застосування перші покоління таких машин на електронних лампах не

одержали. Вони були дорогі і громіздкі, а тому доступні лише фахівцям.

З розвитком мікроелектроніки з'явилися спеціалізовані, призначені для

математичних розрахунків мініатюрні комп'ютери особистого користування -

програмуємі калькулятори. Вони широко застосовуються і зараз. Однак в

останні роки масове поширення одержали куди більш потужні, швидкі й

універсальні персональні комп'ютери (ПК), що мають чудові графічні

можливості і використовуються практично у всіх сферах науки, виробництва,

бізнесу й освіти.

Однією з основних областей застосування ПК і понині є математичні і

науково-технічні розрахунки. Безперечним лідером серед масових ПК стали

у 90-х роках IBM-сумісні ПК 486DX / Pentium / Pentium MMX / Pentium Pro/

Pentium II/ Pentium III, називані так по типу використовуваних у них

мікропроцесорах. На них і орієнтовані сучасні математичні системи.

Сама по собі поява комп'ютерів не спрощувала математичні

розрахунки, а лише дозволяла різко підвищити швидкість їх виконання і

складність розв'язуваних задач. Користувачам ПК, перед тим, як починати

такі розрахунки, потрібно було вивчати самі комп'ютери, мови

програмування і досить складні методи обчислень, застосовувати і

підбудовувати під свої цілі програми для рішення розрахункових задач на

мовах Бейсик або Паскаль. Вченому й інженеру, фізику, хіміку і математику

доводилося ставати програмістом, на жаль, часто досить посереднім.

Необхідність у цьому відпала лише після появи інтегрованих

математичних програмних систем для науково-технічних розрахунків:

MatLAB, MathCAD, Maple V, Mathematica і ін. Велике число подібних

розробок свідчить про значний інтерес до них в усьому світі і бурхливий

розвиток комп'ютерних математичних систем.

MATLAB

Перша версія цієї системи була написана в університеті Нью-Мексико і

Станфордскому університеті наприкінці 70-х років і була призначена для

викладання курсів теорії матриць, лінійної алгебри і чисельного аналізу. У

цей час активно розроблялися пакети прикладних програм по лінійній

алгебрі UNPACK і EISPACK на мові Fortran, і автори системи MATLAB

хотіли, щоб студенти могли використовувати ці пакети, не програмуючи на

мові Fortran.

Зараз можливості системи значно перевершують можливості

початкової версії матричної лабораторії Matrix Laboratory. Нинішній


39

MATLAB - це високоефективна мова інженерних і наукових обчислень. Він

підтримує математичні обчислення, візуалізацію наукової графіки і

програмування з використанням легко освоюваного операційного оточення,

коли задачі і їхні розвязування можуть бути подані в нотації, близькій до

математичної. Найбільше відомі області застосування системи MATLAB:

розробка алгоритмів;

обчислювальний експеримент, імітаційне моделювання,

макетування;

аналіз даних, дослідження і візуалізація результатів;

наукова й інженерна графіка;

розробка програм, включаючи графічний інтерфейс користувача.

Система MATLAB - одночасно й операційне середовище і мова

програмування. Одна з найбільш сильних сторін системи полягає в тому, що

на мові MATLAB можуть бути написані програми для багатократного

використання. Користувач може сам написати спеціалізовані функції і

програми, що оформляються у вигляді М-файлів. В міру збільшення

кількості створених програм виникають проблеми їхньої класифікації, і тоді

можна спробувати зібрати родинні функції в спеціальні папки. Це приводить

до концепції пакетів прикладних програм (ППП), що являють собою колекції

М-файлів для рішення певної задачі або проблеми.

У дійсності ППП - це щось більше, ніж просто набір корисних функцій;

часто це результат роботи багатьох дослідників по усьому світі, що

об'єднуються в залежності від області застосування - теорія керування,

обробка сигналів, ідентифікація і т.п. Саме тому пакети прикладних програм

- MATLAB Application Toolboxes, що входять до складу сімейства продуктів

MATLAB дозволяють знаходитися на рівні самих сучасних світових

досягнень.

Усі ППП функціонують в операційному середовищі системи MATLAB.

Це має наступні переваги:

кожний ППП забезпечує робастність і високу точність обчислень, що

є результатом багаторічних досліджень розроблювачів системи MATLAB;

можливість аналізу, корекції і застосування М-функцій у якості

шаблонів, написаних на мові MATLAB, для розробки нових програм;

кожний ППП може бути використаний у рамках системи MATLAB

на будь-який обчислювальній платформі.

ППП The МАТLАВ Notebook - це спеціальний засіб динамічного

інтерфейсу системи MATLAB із текстовим редактором Microsoft Word. Він

дозволяє створювати інтерактивні текстові документи, що містять виконуємі

команди системи MATLAB і графічний вивід.

Використовуючи ППП Notebook - Записну книжку - можна створювати

М-книги, що, з одного боку, є звичайними документами текстового

редактора Microsoft Word, а з іншого боку - містять не тільки текст, але і

команди системи MATLAB, а також результати їх виконання. Можна

розглядати М-книгу як сценарій на мові MATLAB, виконуваний у


40

середовищі редактора Word із повним набором потужних засобів

редагування. Якщо ж ви є користувачем документами текстового редактора

Microsoft Word, то ви виявите, що Notebook - це природне середовище, у

якому об'єднуються зручні і потужні можливості редактора з

обчислювальними і графічними можливостями системи MATLAB. ППП

Notebook дозволяє будь-якому користувачу MATLAB створювати

інтерактивну технічну документацію у вигляді:

електронних книг;

електронних довідників;

інтерактивних сценаріїв;

технічних звітів і альбомів проектування;

електронних записних книжок;

електронних звітів по домашніх завданнях, курсовому і дипломному

проектуванню.

Технологія, реалізована в ППП MATLAB Notebook, - це динамічний

обмін даними (DDE) між системою MATLAB і редактором Word. За

допомогою одного натискання комбінації клавіш команди MATLAB

посилаються в Notebook, форматуються і направляються через інтерфейс

DDE у середовище системи MATLAB для обчислень. Результат виконання

повертається в Notebook і вставляється в М-книгу. Notebook підтримує як

текстовий, так і графічний вихід системи MATLAB.

MathCAD

Широку відомість і заслужену популярність ще в середині 80-х років

придбали інтегровані системи для автоматизації математичних розрахунків

класу MathCAD, розроблені фірмою MathSoft (США). Донині вони

залишаються єдиними математичними системами, у яких опис рішення

математичних задач дається за допомогою звичних математичних формул і

знаків. Такий же вид мають і результати обчислень. Так що системи

MathCAD цілком виправдують абревіатуру CAD (Computer Aided Design), що

говорить про приналежність до найбільш складних і просунутих систем

автоматичного проектування - САПР. Можна сказати, що MathCAD - свого

роду САПР в математиці.

MathCAD - математично орієнтовані універсальні системи. Крім

власне обчислень вони дозволяють блискуче вирішувати задачі, що важко

піддаються популярним текстовим редакторам або електронним таблицям. З

їхньою допомогою можна не тільки якісно підготувати тексти статей, книг,

дисертацій, наукових звітів, дипломних і курсових проектів, вони, крім того,

полегшують набір самих складних математичних формул і дають можливість

представлення результатів, у вишуканому графічному вигляді.

Системи MathCAD містять множину удосконалень: досконалий

редактор документів, можливість виконання найбільш поширених

символьних обчислень, об'єднані в єдиний центр ресурсів убудовані


41

електронні книги, потужна довідкова система і численні приклади

застосування - шпаргалки QuickSheets.

Передбачено імпорт будь-яких графічних зображень - від простих і

спеціальних графіків функцій до багатоколірних репродукцій художніх

творів. Введено засоби анімації малюнків і програвання відеофайлів із

звуковим стереофонічним супроводом. Це значно поліпшує візуалізацію

самих складних розрахунків.

Особливий інтерес представляють убудовані в систему електронні

книги, що містять довідки (математичні формули), ілюстрації і приклади

застосування системи по ряду розділів математики, механіки, фізики,

електротехніки і радіотехніки, а також по інтерфейсу системи. Можна

виділити потрібну довідку - формулу або малюнок - і перенести її в текст

документа. У сполученні з можливістю імпорту графічних файлів з інших

графічних систем (таких, як VISIO, AutoCAD, PCAD, TurboCAD і ін.) це

дозволяє готувати документи, у яких поряд із розрахунковою частиною

будуть і високоякісні ілюстрації.

Можна сказати, що в MathCAD ідея рішення математичних задач без

їхнього програмування доведена до досконалості: переважна більшість задач

вимагає лише коректного формульного опису і не потребує підготовки

програм у їх загальноприйнятому вигляді, що звільняє користувача від

вивчення деякої проміжної мови програмування (наприклад, Фортрана,

Бейсика, Паскаля і т.д.).

Зрозуміло, це не означає, що в системі немає своєї мови

програмування. У дійсності вона є, але це математично орієнтована особлива

мова програмування надвисокого рівня, використовувана в основному як

вхідна мова для діалогу із системою. У переважній більшості розрахункових

задач ця мова дозволяє задавати їхнє рішення у вигляді вводимих за

допомогою операторів і функцій математичних формул і вказувати тип

бажаних результатів (таблиці або графіки). Спеціальні прийоми введені

лише для завдання циклічної зміни змінних і створення так званих

ранжированих змінних - векторів.

По суті, вхідної мова системи - це проміжна ланка між схованою від

користувача мовою зв'язку документа з мовою реалізації системи. В міру

того як користувач створює (засобами текстового, формульного і графічного

редакторів) у вікні редагування об'єкти (тексти, формули, таблиці і графіки),

система сама складає програму на деякій проміжній мові зв'язку, що

зберігається в ОЗП доти, поки не буде збережена на диску у вигляді файла з

расширенням mcd. Однак важливо підкреслити, що від користувача не

потрібно знати мови програмування (реалізації і зв'язку), досить освоїти

наближену до природної математичної мови вхідну мову системи.

Завдяки всьому цьому робота із системою набула характеру

візуального й об'єктно-орієнтованого програмування. При цьому

вирішальним є завдання об'єктів (із вибором їх із відповідної палітри

наочних знаків), а програму складає сама система. Більш того, у MathCAD

ефективно вирішена проблема наскрізної передачі даних від одного об'єкта


42

до іншого, наприклад від одного математичного виразу до іншого, від нього -

до таблиць, від таблиць - до графіків і т.д. Тому зміна в будь-якій формулі

або в завданні вхідних даних відразу веде до перерахування задачі по всьому

ланцюзі взаємодії об'єктів (це не відноситься, однак, до символьних операцій,

реалізованих із головного меню).

MathConnex

MathConnex - новий засіб, застосований у системі MathCAD_7.0_PRO і

MathCAD 2000 PRO. Він виконує дві найважливіші і надзвичайно потужні

функції:

• служить для інтеграції різних програм із системою MathCAD і

забезпечення їхньої спільної роботи з використанням об'єктних зв'язків

OLE2;

• виконує функції імітаційного моделювання моделей, поданих

типовими блоками у вигляді функціональної схеми.

У сутності MathConnex є цілком самостійною програмою, включеною у

систему MathCAD і виконуючою функції системного інтегратора. Завдяки їй

можливе просте і наочне встановлення складних взаємозв'язків між різними

програмами: математичною системою MathCAD, матричною системою

MatLAB, графічною системою Axum, електронними таблицями Excel із

пакета Microsoft Office і ін. Міць такої об'єднаної системи зростає

багаторазово, дозволяє використовувати для рішення задач користувача

цілий арсенал різних програмних систем, включаючи убудовані в них

специфічні і часом унікальні функції.

У той же час застосування системи MathConnex має і недоліки:

• ефективне використання цієї системи вимагає знайомства з цілим

рядом нових програмних засобів, що часом не під силу починаючим

користувачам і навіть користувачам середньої кваліфікації;

• повільність роботи системи відчувається навіть на ПК класу Pentium

166/200 ММХ;

• MathConnex має своя власна мова програмування, що вимагає зусиль

по його освоєнню;

• є труднощі при завданні текстових коментарів російською та

українською мовами;

• підготовка проектів (документів) для MathConnex вимагає великих

витрат часу.

Все це свідчить про те, що MathConnex становить інтерес для

досвідченого користувача, здатного по гідності оцінити унікальні можливості

цієї системи і впевнено їх застосовувати. Цей засіб особливо корисний, якщо

необхідно блокове представлення й опис складної системи, роботу котрої

необхідно імітувати. Можна вважати, що в системі MathConnex на новому

(цифровому) рівні реалізована ідея аналогових ЕОМ (таких, як МН-7):

підготовка блок-схем пристроїв, що моделюються, і імітація (або симуляція)

їхньої роботи.


43

ТЕМА 4 (8)

Бібліотечно-бібліографічні джерела інформації у наукових дослідженнях

Протягом століть інформаційне забезпечення здійснювали бібліотеки, а

основним інструментом, що забезпечував доступ до інформаційних ресурсів,

була бібліографія. Основа бібліографічного інформаційного пошуку -

бібліотечні каталоги (основні й допоміжні). В основних каталогах опис

літературних джерел формується за галузями знань (систематичні каталоги)

та за алфавітом (прізвища авторів або назви книг). Допоміжні каталоги - це

каталоги періодики, картотеки статей і рецензій.

Традиційним засобом упорядкування документальних фондів є

бібліотечно-бібліографічні класифікації. Пошук інформації здійснюється за

допомогою інформаційно-пошукової мови – Універсальної десяткової

класифікації (УДК), яка охоплює увесь універсум знань. УДК є міжнародною

системою класифікації творів друку і документальних матеріалів, ієрархічна

її структура дозволяє детально подати зміст документальних фондів і

забезпечує оперативний пошук інформації.

В основі структури індексів УДК лежить принцип десяткових дробів,

за яким усі галузі знань поділені на 10 основних класів, кожний клас - на 10

розділів, а розділ - на 10 підрозділів. Кількість етапів поділу залежить від

необхідного ступеня деталізації. Кожна нова цифра уточнює попереднє

значення індексу. Після кожного третього знака ставиться крапка. З метою

подальшої деталізації до основного індексу приєднуються нові цифри за

допомогою таких символів, як: крапки, дужки, дефіс, лапки тощо. Нові

цифри уточнюють, звужують тему, що забезпечує досить швидкий пошук

інформації для будь-якої вузькоспеціалізованої теми.

Перша цифра індексу УДК - клас галузі знань, наприклад: 0 - загальний

відділ, 1 - філософія, психологія, 3 - суспільні науки; 5 - математика та

природничі науки; 6 - прикладні науки, медицина, техніка і т.д. Подальшу

деталізацію розглянемо на прикладі конкретного індексу. Скажімо, УДК

339.187.2 означає:

3 - суспільні науки,

33 - економіка,

339 - торгівля,

339.1 - загальні питання торгівлі, ринок,

339.18 - економічні аспекти торгівлі,

339.187 - продаж,

339.187.2 - продаж, що стимулює попит.

Якщо інструментом стимулювання продажу є реклама (індекс 659.1),

то індекси продажу і реклами об’єднуються за допомогою знака відношення

(:), тоді індекс УДК матиме таку структуру: 339.187.2:659.1.

Вторинні, інформаційні документи - це бібліографічні й реферативні

видання, метою яких є оперативна інформація як про самі публікації, так і


44

про їх зміст. Такі документи у друкованому чи електронному вигляді

видають інститути, служби науково-технічної інформації (НТІ), центри

інформації, бібліотеки. В Україні це: Книжкова палата України, Український

інститут науково-технічної та економічної інформації (УкрІНТІ),

Національна бібліотека ім. В.І.Вернадського та інші бібліотечно-

інформаційні установи загальнодержавного або регіонального рівня.

На бібліографічні видання покладається сигнальна функція.

Бібліографічні покажчики сповіщають про появу інформаційного документа і

дають традиційний бібліографічний його опис згідно з діючими стандартами.

Реферативні видання (журнали, збірники, експрес-інформація, інформаційні

листки), окрім бібліографічних описів, містять реферати опублікованих і

неопублікованих документів, що значно полегшує ідентифікацію і пошук

необхідних літературних джерел інформації.

Значну допомогу для пошуку й аналізу літературних джерел надає

ретроспективна бібліографія. Це тематичні покажчики та огляди, каталоги,

прайс-листи видавництв тощо. Основне їхнє призначення - поширювати

бібліографічну інформацію про опубліковані документи за певний час у

минулому. Особливим видом ретроспективної бібліографії є книжкові та

пристатейні списки літературних джерел.

Поряд з інформаційними виданнями для пошуку літературних джерел

можна використовувати інформаційно-пошукові системи, бази і банки даних,

Internet. В процесі бібліографічного пошуку літератури зразу ж необхідно

складати бібліографічне описування дібраних видань.

Вивчення літературних джерел необхідно починати з фундаментальних

робіт і рухатися від загального до частинного, від базових положень до більш

конкретних. Щодо хронологічного порядку видання літературних джерел, то

спершу вивчають останні публікації, а потім - більш віддалені у часі. Аби

оперативно добути необхідну інформацію з літературного джерела, вивчення

його доцільно здійснювати поетапно.

Очевидно, спершу слід ознайомитися з інформаційним документом у

цілому: вивчити його зміст та вступ (передмову). Далі слід вибірково

переглянути матеріали тих розділів, які представляють інтерес, скажімо,

ілюстративні матеріали, перші речення абзаців, висновки. У разі, коли

переглянуті матеріали стосуються теми дослідження, розділ необхідно

уважно прочитати, критично оцінити прочитане і занотувати найцікавіші

положення як фрагменти майбутньої роботи. На останньому етапі з таких

фрагментів формується конспект роботи – зв’язне і стисле викладення своїми

словами опрацьованого матеріалу. За наявності дискусійних питань

необхідно висвітлити позиції авторів, дати критичну оцінку різних точок

зору і висловити власну думку.


45


ТЕМА 1(9)

Обробка результатів експериментальних досліджень

Основи теорії випадкових помилок і методів оцінювання

випадкових похибок вимірювання

Аналіз випадкових похибок грунтується на теорії випадкових помилок,

яка дає змогу з певною гарантією обчислити справжнє значення вимірюваної

величини та оцінити можливі похибки.

Основу теорії випадкових помилок становлять такі припущення: у разі

великого числа вимірювань випадкові похибки, рівні за величиною, але різні

за знаком, зустрічаються однаково часто; імовірність появи похибки

зменшується зі збільшенням її величини; у разі нескінченно великого числа

вимірювань істинне значення вимірюваної величини дорівнює

середньоарифметичному значенню всіх результатів вимірювання і

описується нормальним законом розподілу.

Розрізняють генеральну та вибіркову сукупність вимірювань. Під

генеральною сукупністю розуміють всю нескінченну множину можливих

значень вимірювань ix чи можливих значень похибок ix . Для вибіркової

сукупності число вимірювань обмежене і в кожному конкретному випадку

строго визначене. Вважають, що коли 30n , то середнє значення даної

сукупності вимірювань величини x достатньо наближається до її істинного

значення.

Теорія випадкових помилок дає змогу оцінити точність і надійність

вимірювань за даної кількості вимірювань чи визначити мінімальну їх

кількість, яка гарантує задану точність і надійність результатів. Поряд з цим

постає потреба виключити грубі похибки, визначити вірогідність здобутих

даних тощо.

Якщо виключити систематичні похибки та грубі прорахунки, то навіть

в разі використання засобів вимірювання підвищеної точності на результати

вимірювань впливатимуть різні випадкові фактори, які не піддаються обліку

та контролю (стан здоров’я експериментатора; випадкові вібрації окремих

частин вимірювальних пристроїв; невраховані зміни зовнішніх факторів

тощо). При цьому результати окремих вимірювань виявляють характерну

картину випадкового розсіювання, описуваного нормальним законом

розподілу, і щільність імовірності вимірюваних значень величини

2

221e

2

n

x m

n

f x

(1)

де m - математичне сподівання, яке є найімовірнішим значенням

вимірюваної величини x і являє собою середньоарифметичне значення;


46

1 ;

n

i

i

x

mn

(2)

2

1

1 1

n

n

i

x m

n

(3)

є середньоквадратичне відхилення вимірюваної величини.

На рис. 1 зображено нормальну криву розподілу випадкової величини,

де по осі абсцис відкладені результати вимірювань, в по осі ординат -

щільність імовірності їх появи. Площа під кривою, що відповідає будь-якому

інтервалу на осі абсцис, являв собою ймовірність p влучення випадкового

результату вимірювання в цей інтервал. Зінтегрувавши (1), дістанемо

2

22

0

2e

2

n

x mx

n

p dx

(4)

Візьмемо інтервал по осі абсцис в частках від середнього

квадратичного відхилення, тобто введемо нову змінну n

x mt

. Тоді вираз

(4) набере вигляду 2

2

0

2e

2

t t

n

p dt

. (5)

Таким чином, на інтервал ,n nm m припадає 0.6228 усіх

виконаних вимірювань. У ширших межах, наприклад, на інтервалі

2 , 2n nm m , міститься вже 0.9546 усіх вимірювань, а за “трисигмові”

межі виходять лише 0.0028 вимірювань.

Рис. 1. Нормальний розподіл похибок

Параметр n характеризує форму нормальної кривої розподілу. Якщо

змінити метод вимірювання (точність) величини x , розсіювання

відбуватиметься навколо центра з попередньою абсцисою т, але форма


47

кривої зміниться, оскільки середньоквадратичне відхилення залежить від

точності вимірювань.

Кінцева мета аналізу виконаних вимірювань - визначити похибки

середньоарифметичного значення

1 .

n

i

i

x

xn

(6)

Згідно з теорією похибок оцінкою точності вимірювання

середньоарифметичного значення, яке беруть за істинне значення

вимірюваної величини, є середньоквадратичне відхилення

1

1.

1

nn

m i

i

x xn nn

(7)

Таким чином, середньоквадратичне відхилення оцінки

середньоарифметичного в n разів менше за середньоквадратичне

відхилення результатів окремих вимірювань. Проте, щоб дістати повне

уявлення про надійність оцінювання похибок вимірювання, потрібно

зазначити інтервал (його називають надійним), в якому із заданою

ймовірністю міститься значення вимірюваної величини.

Оскільки нормальний закон справджується для нескінченного числа

вимірювань (практично для 200n ), то щоб оцінити надійний інтервал,

користуються розподілом Стьюдента, який враховує вплив скінченого числа

вимірювань на величину надійного інтервалу (при n розподіл

Стьюдента переходить у нормальний).

Межі надійного інтервалу для заданого значення надійної ймовірності та обмеженого числа спостережень

* * ,m mx t x x t

(8)

де *t - коефіцієнт Стьюдента, значення якого наведено в табл. 1.

Як уже зазначалося, грубі прорахунки мають бути відкинуті як такі, що

не заслуговують на увагу. На практиці відкидають результати вимірювань,

похибки яких перевищують значення 4 3 .m

Випадкову складову похибок непрямих вимірювань можна строго

визначити лише за умови, що залежність 1 2, , , ny f x x x, лінеаризовувана

з достатньою точністю. У такому разі середньоквадратичне відхилення

величини y , здобуте в результаті прямих незалежних вимірювань величини

ix , вільних від систематичних похибок вимірювань,

2

1 1

,i

n

y m

i

f

x

(9)

де im - середньоквадратичне відхилення результатів вимірювань


48

величини ix .

Межі надійного інтервалу, коли задано надійну ймовірність,

визначають за (8). Позначивши для даної надійної ймовірності похибки

вимірювань величини ix через i дістанемо

2

1 1

.n

y i

i

f

x

(10)

Похибки в (10) виражають в тих самих одиницях, що й величину y .

Якщо безпосередньо вимірювані величини ix є різнорідними, то

використовують відносні похибки.


49

ТЕМА 2 (10)

Статистичні методи обробки експериментальних даних

Значення шуканого параметра, обчислене на основі обмеженого числа

дослідів, завжди матиме елемент випадковості, тобто буде наближеним. Таке

наближене значення називають оцінкою параметра. Наприклад, оцінкою для

математичного сподівання є середнє арифметичне x значень випадкової

величини ix за n незалежних дослідів

1 .

n

i

i

x

xn

(11)

Оцінкою для середньоквадратичного відхилення є статистичне

середньоквадратичне відхилення (стандартне відхилення)

2

1

1,

1

n

i

i

S x xn

(12)

яке являє собою міру ширини гістограми - кривої розподілу,

побудованої за експериментальними даними.

У разі дуже великого числа дослідів значення x і S будуть з великою

ймовірністю дуже близькі до m і . Оцінки, що мають такі властивості,

називають спроможними.

Важливими для експериментатора є й так звані незміщені оцінки, які

полягають в тому, щоб, користуючись величинами x та S замість відповідно m та , він не робив систематичних помилок в бік завищення чи заниження.

Вибрані незміщені оцінки повинні мати мінімальні порівняно з іншими

оцінками середньоквадратичні відхилення. Оцінки, до мають такі

властивості, називають ефективними. У зв’язку з цим Гаус запропонував

Метод найменших квадратів (точніше мінімуму суми квадратичних

похибок). За Гаусом

2

1 1

; .n n

i i

i i

Щоб оцінка для m була елективною, значення 2xx m x nm

має бути мінімальним. Мінімум цього виразу відносно т дістанемо,

прирівнявши до нуля першу похідну:

2 2 0x nm ,

звідки

1 2 .nx x xm x

n

Отже, зміст середньоарифметичного полягає в тому, що воно дає

змогу звести до мінімуму стандартне відхилення.

Закон поширення помилок Гауса. Під час розв’язування задач,

пов’язаних з обробкою експериментальних даних, нас часто цікавлять


50

випадкові величини, які є функціями інших випадкових величин. Як

обчислити стандартні відхилення функції, коли відомі стандартні відхилення

її аргументів?

Спочатку розглянемо випадок функції однієї змінної y f x. Для

величини x вимірювані значення 1 2, , , nx x x дають середньоарифметичне

/x x n. Для кожного ix обчислимо відповідне значення функції i iy f x

.

Оскільки i ix x , то, вважаючи i достатньо малим, дістаємо

i i i i

df dfy f x f x y

dx dx

.

Далі маємо

2

;

.

i i i

dfy y y

dx

dfy y

dx

Отже.

y x

dfS S

dx

.

У випадку більшого числа змінних обчислення виконуємо аналогічно.

Нехай , ,z f x y і спостережувані величини є , ,i ix y Тоді

, , , , , , ,i i i i i i i

df dfz f x y f x y u f x y u

dx dy

звідки

i i i i

df dfz z z u

dx dy

Знехтувавши подвоєними добутками й членами вищого порядку,

запишемо

22

df dfz z uu

dx dy

Звідси випливає закон поширення помилок

2 2 2 2 ,z x x y yS f S f S (13)

який пов’язує стандартне відхилення функції зі стандартними

відхиленнями аргументів.


51

Згладжування експериментальних залежностей за методом

найменших квадратів

Нехай проведено дослід з метою дослідити залежність деякої фізичної

величини y від фізичної величини x , здобуто ряд експериментальних точок і

побудовано графік залежності y від x . Звичайно експериментальні точки на

такому графіку дають деяке розсіяння, тобто спостерігаються випадкові

відхилення від загальної залежності. Ці відхилення пов’язані з неминучими в

усякому досліді похибками вимірювань. Постає запитання: як за цими

експериментальними даними найкраще відтворити залежність y від x ?

Потрібно обробити експериментальні дані таким чином, щоб якомога

точніше відбити загальну тенденцію залежності y від x і вирівняти

незакономірні, випадкові відхилення.

Для розв’язування таких задач ЗВИЧРЙНО застосовують метод

найменших квадратів. Він дає змогу, коли задано тип залежності y f x,

так вибрати її числові параметри, щоб крива y f x у відомому розумінні

найкращим чином відбивала експериментальні дані.

Зауважимо, що тип кривої y f x часто визначають безпосередньо за

зовнішнім виглядом експериментальної залежності. Часто буває так, що

вигляд залежності (лінійна, квадратична, степенева тощо) відомий з

фізичного змісту задачі, а з досліду потрібно встановити лише деякі

параметри цієї залежності.

Обчислення помилок іноді називають обчисленням вирівнювання: за

допомогою нескладних перетворень можна надати лінійної математичної

форми цілому ряду залежностей.

Нехай маємо лінійну залежність .y Ax B (14)

Уявімо, що незалежна змінна x встановлюється без похибки. Згідно з

методом найменших квадратів величини ,A B визначають з припущення про

мінімум суми квадратів відхилень y від експериментально визначених iy :

2

1

min.n

i i

i

S y Ax B

(15)

Частинне диференціювання за A та B дає

1

1

2 2 2 2 ;

2 2 2 2 .

n

i i i

i

n

i i

i

y Ax B x xy A xx B x

y Ax B y A x nB

Прирівнявши до нуля обидві похідні, дістанемо таку систему

рівнянь:

;xx A nBx xy

xA B y


52

де

yy

n

і

xx

n

звідки

2 2

; .xy nx y xx y xy x

A Bxx nx xx nx

Далі значення S обчислюють за (15) для обчислених ,A B і позначають

minS . Тоді

2 min

2

22 min

2

;2

1

2

A

B

SS

n xx nx

x SS

n xx nx n

(16)

є стандартними відхиленнями величин A та B .

Методи графічної обробки результатів вимірювань

Результати вимірювань, наведені в табличній формі, не дають змоги

достатньо наочно характеризувати закономірності перебігу досліджуваних

процесів. Тому під час обробки результатів експериментів і спостережень

широко застосовують метод графічного зображення цих процесів. Метод

графічного зображення дає наочне уявлення про результати експерименту,

дає змогу краще зрозуміти фізичну суть розглядуваного процесу, виявити

загальний характер функціональної залежності змінних величин, встановити

наявність максимуму та мінімуму.

З метою графічного зображення результатів вимірювань

(спостережень), як правило, застосовують систему прямокутних координат.

Аналізуючи графічним методом функцію y f x, наносять у прямокутній

Декартові системі координат значення 1 1 2 2, , , n nx y x y x y (рис. 2, а). Щоб

побудувати графік, необхідно знати хід досліджуваного явища. Звичайно

якісні закономірності та форма графіка орієнтовно відомі експериментатору з

теоретичних досліджень.

Точки на графіку необхідно сполучати плавною лінією таким чином,

щоб вона проходила якомога ближче до всіх експериментальних точок.

Сполучивши точки відрізками прямої, дістанемо ламану лінію. Вона

характеризує зміну функції за даними експерименту. Звичайно функції

мають плавний характер. Тому, щоб графічно зобразити результати

вимірювань, потрібно проводити між точками плавні криві. Різні

викривлення графіка пояснюються похибкою вимірювань. Повторивши

експеримент з використанням засобів вимірювання вищої точності,

дістанемо менші похибки, а ламана лінія більше наближатиметься до плавної

кривої.

Проте можливі й винятки, коли досліджують явища (фазові

перетворення вологи, радіоактивний розпад атомів тощо), для яких у певних


53

інтервалах спостерігається швидке стрибкоподібне змінювання однієї з

координат (рис. 2, б). У таких випадках слід особливо ретельно сполучати

точки кривої. Загальне “усереднення” всіх точок плавною кривою може

призвести до того, що стрибок функції буде підмінено похибками

вимірювання.

а) - плавна залежність (1 - крива за результатами безпосередніх вимірювань;

2 - плавна крива); б) - за наявності стрибка; в) - у разі трьох змінних

(1 - 5 ;z const 2 - 4 ;z const 3 - 3 ;z const 4 - 2 ;z const 5 - 1z const ).

Рис. 2. Графічне зображення функції y f x

Іноді під час побудови графіка одна-дві точки різко відхиляються від

кривої. У такому разі потрібно проаналізувати фізичну суть явища, і, якщо

немає підстав передбачати наявність стрибка функції, тлумачити таке

відхилення як помилку. Далі дослід треба повторити і виконати нові

вимірювання в діапазоні “стрибка”. Якщо попереднє вимірювання виявилося

помилковим, то на графік наносять нову точку. Якщо повторні вимірювання

дають попередні значення, необхідно до цього інтервалу кривої поставитися

особливо уважно, проаналізувавши фізичну суть явища.

У разі, коли графічно потрібно відбити перебіг експерименту з трьома

змінними , ,b f x y z, застосовують метод відокремлення змінних. Одній з

величин z в межах інтервалу вимірювань 1 nz z задають кілька послідовних


54

значень. Для решти двох змінних будують графіки 1y f x, якщо 1z const .

У результаті на одному й тому самому графіку дістають сім’ю кривих

1y f x для різних значень z (рис. 2, в). Аналогічно будують функції з

чотирма та більше змінними. Таким чином, можна простежити характер

змінювання будь-якої величини як функції від іншої, коли сталі значення

решти величин. Цей метод графічного аналізу потребує від виконавця

ретельності й уваги, але здебільшого він найбільш простий і наочний.

Для графічного зображення результатів експериментів значну роль

відіграє вибір системи координат або координатної сітки. Координатні сітки

бувають рівномірними (ординати й абсциси мають рівномірну шкалу) та

нерівномірними (у противному разі). Наприклад, рівномірною є система

прямокутних координат, в якій довжина одиничних відрізків, що їх

відкладають на обох осях, однакова.

З нерівномірних координатних сіток найпоширенішими є

напівлогарифмічні, логарифмічні, імовірнісні. Напівлогарифмічна сітка має

рівномірну вісь ординат і логарифмічну абсцис (рис. 3, а). Логарифмічна

координатна сітка має обидві осі логарифмічні (рис. 3, б), імовірнісна - вісь

ординат звичайно рівномірну та імовірнісну шкалу як вісь абсцис (рис. 3, в).

Призначення нерівномірних сіток різне. Здебільшого їх застосовують

для наочнішого зображення функцій. Функція y f x має різну форму для

різних сіток. Так, багато криволінійних функцій можна спрямити на

логарифмічних сітках.

Велике значення в практиці графічного зображення експериментальних

даних має імовірнісна сітка, застосовувана під час обробки вимірювань для

оцінювання точності, визначення розрахункових характеристик (модуля

пружності, міжремонтних термінів служби тощо).

а - напівлогарифмічна; б - логарифмічна; в - імовірнісна

Рис. 3. Координатні сітки


55

ТЕМА 3 (11)

Методи добору емпіричних формул

У процесі експериментальних досліджень отримують статистичний ряд

вимірювань двох величин, коли кожному значенню функції 1 2, , ny y y

відповідає цілком певне значення аргументу 1 2, , , nx x x .

На основі експериментальних даних можна дібрати алгебраїчний вираз

функції

y f x. (17)

Такі формули називають емпіричними і добирають лише в межах

виміряних значень аргументу 1 2, , , nx x x .

Потреба складати наближені емпіричні формули виникає в багатьох

випадках (аналітичний вираз виду (17) складний, потребує громіздких

обчислень, створення програми для ЕОМ або взагалі не існує аналітичного

виразу функції).

Заміну точних аналітичних виразів наближеними, простішими

називають апроксимацією, а функції - апроксимуючими.

Процес добору емпіричних формул складається з двох етапів.

Етап 1-й. Дані вимірювань наносять на сітку прямокутних координат,

сполучають експериментальні точки плавною кривою і добирають

орієнтовно вид формули.

Етап 2-й. Обчислюють параметри формул, які найкращим чином

відповідають дібраній формулі. Добір емпіричних формул слід починати з

найпростіших виразів. Наприклад, результати вимірювань багатьох явиш і

процесів апроксимують найпростішими емпіричними рівняннями типу ,y a bx (18)

де ,a b - сталі коефіцієнти.

Тому при аналізі графічного матеріалу необхідно по змозі

використовувати лінійні функції. З цією метою застосовують метод

вирівнювання, який полягає в тому, що криву, побудовану за

експериментальними точками, зображують лінійною функцією.

Щоб перетворити деяку криву виду (17) у пряму лінію, вводять нові

змінні

1 2, ; , .X f x y Y f x y (19)

У шуканому рівнянні вони мають бути пов’язані лінійною залежністю .Y a bX (20)

Значення X та Y можна обчислити, розв’язавши систему рівнянь (19),

а далі побудувати пряму (рис. 5), за якою легко графічно обчислити

параметри a (ординату точки перетину прямої з віссю Y ) та b (тангенс кута

нахилу прямої з віссю X ):


56

.i

i

Y ab tg

X

(21)

Рис. 5. Графічне визначення параметрів X та Y

У разі графічного визначення параметрів ,a b обов’язково потрібно,

щоб пряма (18) була побудована на координатній сітці, в якої початком є

точка 0, 0.X Y Для обчислень необхідно точки iY та iX брати на

крайніх ділянках прямої. Відомі й інші графічні методи для розв’язування

цієї задачі.

Лінеаризувати криві можна легко на півлогарифмічних або

логарифмічних координатних сітках, порівняно широко застосовуваних за

графічного методу добору емпіричних формул.

Графічний метод вирівнювання застосовний у тих випадках, коли

експериментальна крива на сітці прямокутних координат мав вигляд плавної

кривої.

Для визначення коефіцієнтів, які входять до формул, кращі результати,

дає метод найменших квадратів. Але цей метод громіздкий, тому часто його

можна замінити простішим способом середніх, який дає менш точні, але

здебільшого задовільні результати.

Спосіб середніх полягає ось у чому. Скориставшись методом

вирівнювання і діставши лінійну залежність ,Y A BX (22)

складають умовні рівняння ,i iY A BX число п - яких дорівнює числу

відповідних значень iX та iY . Умовні рівняння розбивають на дві приблизно

рівні групи, і рівняння, що входять до кожної з цих груп, почленно додають.

З двох утворених рівнянь

1 1 1 1

;k k m n

i i i i

k k

Y kA B X Y n k A B X

визначають невідомі коефіцієнти ,A B .


57

Згрупувати умовні рівняння перед їх додаванням можна різними

способами, причому всі вони дають дещо різні значення коефіцієнтів.

Найкращим способом групування є той, що веде до розв’язку, який дає

найменшу суму квадратів відхилень значень функцій від дослідних. Цей

спосіб можна вибрати лише порівнянням результатів обчислень за всіма

можливими способами групування. Як правило, групують рівняння в

послідовності дослідних даних, поділяючи їх на рівні чи приблизно рівні

групи. Вважають, що цей прийом дає найбільш задовільні результати, але

теоретично цього обгрунтувати не можна. Спосіб середніх надійний тим

більше, чим більше є дослідних точок, числу яких відповідає число умовних

рівнянь.

Іноді між змінними x та y існує зв’язок (але не зовсім визначений), за

якого одному значенню x відповідають кілька значень (сукупність) y .

Такий зв’язок називають регресивним.

Таким чином, функція y f x є регресивною (кореляційною), якщо

кожному значенню аргументу відповідав статистичний ряд розподілу y .

Отже, регресивні залежності характеризуються імовірнісними, або

стохастичними, зв’язками. Тому встановити регресивні залежності між

величинами y та x можна лише тоді, коли виконуються статистичні

вимірювання.

Регресивний аналіз полягає у встановленні рівняння регресії, тобто

виду кривої, яка зображує залежність між випадковими величинами

(аргументами x і функцією y ), оцінювані тісноти зв’язків між ними,

вірогідності й адекватності результатів вимірювань. Докладніше з цим

методом можна ознайомитися в спеціалізовані літературі.

Елементи теорії планування експерименту

Математична теорія експерименту визначає умови, за яких можна

оптимально провести дослідження, зокрема й у разі неповного знання

фізичної суті явища. При підготовці й проведенні дослідів використовують

математичні методи, щоб дослідити й оптимізувати складні системи та

процеси, забезпечити високу ефективність експерименту, керування ним і

точність визначення досліджуваних факторів. Експерименти звичайно

виконують невеликими серіями за заздалегідь узгодженим алгоритмом. Після

кожної такої серії дослідів обробляють результати спостережень та

приймають обгрунтоване рішення про напрям подальшої роботи.

Завдяки використанню методів математичного планування

експериментів постає можливість вирішувати різні питання, пов’язані з

вивченням складних процесів і явищ; проводити експеримент з метою

адаптації технологічного процесу до умов його перебігу, які оптимально

змінюються, тощо.

Теорія математичного експерименту містить кілька концепцій, що

забезпечують успішну реалізацію завдань досліджень. Це такі концепції:


58

рандомізації, послідовного експерименту, математичного моделювання,

оптимального використання факторного простору і т. ін.

Принцип рандомізації полягає в тому, що до плану експерименту

вводять елемент випадковості, складаючи цей план таким чином, щоб ті

систематичні фактори, які важко контролювати, були враховані статистично,

а потім виключались з досліджень як систематичні помилки.

У разі послідовного проведення експеримент виконують не одночасно,

а поетапно, з метою аналізу та прийняття рішень за кожним етапом зокрема.

У результаті експерименту дістають рівняння регресії, яке називають

моделлю процесу.

Важливе місце в теорії планування експерименту належить питанням

оптимізації досліджуваних процесів, властивостей багатокомпонентних

систем чи інших об’єктів. Звичайно, неможливо знайти таке поєднання

значень впливаючих факторів, за якого одночасно досягається екстремум

всіх функцій відклику. Наприклад, максимальний обертальний момент

двигуна та мінімальна витрата пального досягаються за різних режимів

роботи. Тому здебільшого за критерій оптимізації вибирають лише одну із

змінних стану - функцію відклику, яка характеризує процес, а решту змінних

беруть прийнятними для розглядуваного випадку. Тепер методи планування

експерименту швидко вдосконалюються завдяки широкому використанню

ЕОМ.


59

ТЕМА 4 (12)

Сучасні математичні пакети для обробки та аналізу

експериментальних даних

Сама по собі поява комп'ютерів не спрощувала математичні

розрахунки, а лише дозволяла різко підвищити швидкість їх виконання і

складність розв'язуваних задач. Користувачам ПК, перед тим, як починати

такі розрахунки, потрібно було вивчати самі комп'ютери, мови

програмування і досить складні методи обчислень, застосовувати і

підбудовувати під свої цілі програми для рішення розрахункових задач на

мовах Бейсик або Паскаль. Вченому й інженеру, фізику, хіміку і математику

доводилося ставати програмістом, на жаль, часто досить посереднім.

Необхідність у цьому відпала лише після появи інтегрованих

математичних програмних систем для науково-технічних розрахунків:

MatLAB, MathCAD, Maple V, Mathematica і ін. Велике число подібних

розробок свідчить про значний інтерес до них в усьому світі і бурхливий

розвиток комп'ютерних математичних систем.

MATLAB

Перша версія цієї системи була написана в університеті Нью-Мексико і

Станфордскому університеті наприкінці 70-х років і була призначена для

викладання курсів теорії матриць, лінійної алгебри і чисельного аналізу. У

цей час активно розроблялися пакети прикладних програм по лінійній

алгебрі UNPACK і EISPACK на мові Fortran, і автори системи MATLAB

хотіли, щоб студенти могли використовувати ці пакети, не програмуючи на

мові Fortran.

Зараз можливості системи значно перевершують можливості

початкової версії матричної лабораторії Matrix Laboratory. Нинішній

MATLAB - це високоефективна мова інженерних і наукових обчислень. Він

підтримує математичні обчислення, візуалізацію наукової графіки і

програмування з використанням легко освоюваного операційного оточення,

коли задачі і їхні розвязування можуть бути подані в нотації, близькій до

математичної. Найбільше відомі області застосування системи MATLAB:

розробка алгоритмів;

обчислювальний експеримент, імітаційне моделювання,

макетування;

аналіз даних, дослідження і візуалізація результатів;

наукова й інженерна графіка;

розробка програм, включаючи графічний інтерфейс користувача.

Система MATLAB - одночасно й операційне середовище і мова

програмування. Одна з найбільш сильних сторін системи полягає в тому, що

на мові MATLAB можуть бути написані програми для багатократного

використання. Користувач може сам написати спеціалізовані функції і

програми, що оформляються у вигляді М-файлів. В міру збільшення


60

кількості створених програм виникають проблеми їхньої класифікації, і тоді

можна спробувати зібрати родинні функції в спеціальні папки. Це приводить

до концепції пакетів прикладних програм (ППП), що являють собою колекції

М-файлів для рішення певної задачі або проблеми.

У дійсності ППП - це щось більше, ніж просто набір корисних функцій;

часто це результат роботи багатьох дослідників по усьому світі, що

об'єднуються в залежності від області застосування - теорія керування,

обробка сигналів, ідентифікація і т.п. Саме тому пакети прикладних програм

- MATLAB Application Toolboxes, що входять до складу сімейства продуктів

MATLAB дозволяють знаходитися на рівні самих сучасних світових

досягнень.

Усі ППП функціонують в операційному середовищі системи MATLAB.

Це має наступні переваги:

кожний ППП забезпечує робастність і високу точність обчислень, що

є результатом багаторічних досліджень розроблювачів системи MATLAB;

можливість аналізу, корекції і застосування М-функцій у якості

шаблонів, написаних на мові MATLAB, для розробки нових програм;

кожний ППП може бути використаний у рамках системи MATLAB

на будь-який обчислювальній платформі.

ППП The МАТLАВ Notebook - це спеціальний засіб динамічного

інтерфейсу системи MATLAB із текстовим редактором Microsoft Word. Він

дозволяє створювати інтерактивні текстові документи, що містять виконуємі

команди системи MATLAB і графічний вивід.

Використовуючи ППП Notebook - Записну книжку - можна створювати

М-книги, що, з одного боку, є звичайними документами текстового

редактора Microsoft Word, а з іншого боку - містять не тільки текст, але і

команди системи MATLAB, а також результати їх виконання. Можна

розглядати М-книгу як сценарій на мові MATLAB, виконуваний у

середовищі редактора Word із повним набором потужних засобів

редагування. Якщо ж ви є користувачем документами текстового редактора

Microsoft Word, то ви виявите, що Notebook - це природне середовище, у

якому об'єднуються зручні і потужні можливості редактора з

обчислювальними і графічними можливостями системи MATLAB. ППП

Notebook дозволяє будь-якому користувачу MATLAB створювати

інтерактивну технічну документацію у вигляді:

електронних книг;

електронних довідників;

інтерактивних сценаріїв;

технічних звітів і альбомів проектування;

електронних записних книжок;

електронних звітів по домашніх завданнях, курсовому і дипломному

проектуванню.

Технологія, реалізована в ППП MATLAB Notebook, - це динамічний

обмін даними (DDE) між системою MATLAB і редактором Word. За


61

допомогою одного натискання комбінації клавіш команди MATLAB

посилаються в Notebook, форматуються і направляються через інтерфейс

DDE у середовище системи MATLAB для обчислень. Результат виконання

повертається в Notebook і вставляється в М-книгу. Notebook підтримує як

текстовий, так і графічний вихід системи MATLAB.

MathCAD

Широку відомість і заслужену популярність ще в середині 80-х років

придбали інтегровані системи для автоматизації математичних розрахунків

класу MathCAD, розроблені фірмою MathSoft (США). Донині вони

залишаються єдиними математичними системами, у яких опис рішення

математичних задач дається за допомогою звичних математичних формул і

знаків. Такий же вид мають і результати обчислень. Так що системи

MathCAD цілком виправдують абревіатуру CAD (Computer Aided Design), що

говорить про приналежність до найбільш складних і просунутих систем

автоматичного проектування - САПР. Можна сказати, що MathCAD - свого

роду САПР в математиці.

MathCAD - математично орієнтовані універсальні системи. Крім

власне обчислень вони дозволяють блискуче вирішувати задачі, що важко

піддаються популярним текстовим редакторам або електронним таблицям. З

їхньою допомогою можна не тільки якісно підготувати тексти статей, книг,

дисертацій, наукових звітів, дипломних і курсових проектів, вони, крім того,

полегшують набір самих складних математичних формул і дають можливість

представлення результатів, у вишуканому графічному вигляді.

Системи MathCAD містять множину удосконалень: досконалий

редактор документів, можливість виконання найбільш поширених

символьних обчислень, об'єднані в єдиний центр ресурсів убудовані

електронні книги, потужна довідкова система і численні приклади

застосування - шпаргалки QuickSheets.

Передбачено імпорт будь-яких графічних зображень - від простих і

спеціальних графіків функцій до багатоколірних репродукцій художніх

творів. Введено засоби анімації малюнків і програвання відеофайлів із

звуковим стереофонічним супроводом. Це значно поліпшує візуалізацію

самих складних розрахунків.

Особливий інтерес представляють убудовані в систему електронні

книги, що містять довідки (математичні формули), ілюстрації і приклади

застосування системи по ряду розділів математики, механіки, фізики,

електротехніки і радіотехніки, а також по інтерфейсу системи. Можна

виділити потрібну довідку - формулу або малюнок - і перенести її в текст

документа. У сполученні з можливістю імпорту графічних файлів з інших

графічних систем (таких, як VISIO, AutoCAD, PCAD, TurboCAD і ін.) це

дозволяє готувати документи, у яких поряд із розрахунковою частиною

будуть і високоякісні ілюстрації.

Можна сказати, що в MathCAD ідея рішення математичних задач без

їхнього програмування доведена до досконалості: переважна більшість задач


62

вимагає лише коректного формульного опису і не потребує підготовки

програм у їх загальноприйнятому вигляді, що звільняє користувача від

вивчення деякої проміжної мови програмування (наприклад, Фортрана,

Бейсика, Паскаля і т.д.).

Зрозуміло, це не означає, що в системі немає своєї мови

програмування. У дійсності вона є, але це математично орієнтована особлива

мова програмування надвисокого рівня, використовувана в основному як

вхідна мова для діалогу із системою. У переважній більшості розрахункових

задач ця мова дозволяє задавати їхнє рішення у вигляді вводимих за

допомогою операторів і функцій математичних формул і вказувати тип

бажаних результатів (таблиці або графіки). Спеціальні прийоми введені

лише для завдання циклічної зміни змінних і створення так званих

ранжированих змінних - векторів.

По суті, вхідної мова системи - це проміжна ланка між схованою від

користувача мовою зв'язку документа з мовою реалізації системи. В міру

того як користувач створює (засобами текстового, формульного і графічного

редакторів) у вікні редагування об'єкти (тексти, формули, таблиці і графіки),

система сама складає програму на деякій проміжній мові зв'язку, що

зберігається в ОЗП доти, поки не буде збережена на диску у вигляді файла з

расширенням mcd. Однак важливо підкреслити, що від користувача не

потрібно знати мови програмування (реалізації і зв'язку), досить освоїти

наближену до природної математичної мови вхідну мову системи.

Завдяки всьому цьому робота із системою набула характеру

візуального й об'єктно-орієнтованого програмування. При цьому

вирішальним є завдання об'єктів (із вибором їх із відповідної палітри

наочних знаків), а програму складає сама система. Більш того, у MathCAD

ефективно вирішена проблема наскрізної передачі даних від одного об'єкта

до іншого, наприклад від одного математичного виразу до іншого, від нього -

до таблиць, від таблиць - до графіків і т.д. Тому зміна в будь-якій формулі

або в завданні вхідних даних відразу веде до перерахування задачі по всьому

ланцюзі взаємодії об'єктів (це не відноситься, однак, до символьних операцій,

реалізованих із головного меню).

MathConnex

MathConnex - новий засіб, застосований у системі MathCAD_7.0_PRO і

MathCAD 2000 PRO. Він виконує дві найважливіші і надзвичайно потужні

функції:

• служить для інтеграції різних програм із системою MathCAD і

забезпечення їхньої спільної роботи з використанням об'єктних зв'язків

OLE2;

• виконує функції імітаційного моделювання моделей, поданих

типовими блоками у вигляді функціональної схеми.

У сутності MathConnex є цілком самостійною програмою, включеною у

систему MathCAD і виконуючою функції системного інтегратора. Завдяки їй

можливе просте і наочне встановлення складних взаємозв'язків між різними


63

програмами: математичною системою MathCAD, матричною системою

MatLAB, графічною системою Axum, електронними таблицями Excel із

пакета Microsoft Office і ін. Міць такої об'єднаної системи зростає

багаторазово, дозволяє використовувати для рішення задач користувача

цілий арсенал різних програмних систем, включаючи убудовані в них

специфічні і часом унікальні функції.

У той же час застосування системи MathConnex має і недоліки:

• ефективне використання цієї системи вимагає знайомства з цілим

рядом нових програмних засобів, що часом не під силу починаючим

користувачам і навіть користувачам середньої кваліфікації;

• повільність роботи системи відчувається навіть на ПК класу Pentium

166/200 ММХ;

• MathConnex має своя власна мова програмування, що вимагає зусиль

по його освоєнню;

• є труднощі при завданні текстових коментарів російською та

українською мовами;

• підготовка проектів (документів) для MathConnex вимагає великих

витрат часу.

Все це свідчить про те, що MathConnex становить інтерес для

досвідченого користувача, здатного по гідності оцінити унікальні можливості

цієї системи і впевнено їх застосовувати. Цей засіб особливо корисний, якщо

необхідно блокове представлення й опис складної системи, роботу котрої

необхідно імітувати. Можна вважати, що в системі MathConnex на новому

(цифровому) рівні реалізована ідея аналогових ЕОМ (таких, як МН-7):

підготовка блок-схем пристроїв, що моделюються, і імітація (або симуляція)

їхньої роботи.


64

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Білуха М.Т. “Методологія наукових досліджень”: Підручник. – К.:

АБУ, 2002. – 480с.

2. Пентюк Б.М. “Основи наукових досліджень. Практикум для студентів

машинобудівних спеціальностей”. МОН України. – Вінниця: ВДТУ, 2002.-

71с.

3. В.П. Волков, М.А, Подригало, О.П. Кравченко, В.М. Міщенко, І.А.

Мармут «Методологія наукових досліджень (на прикладах автомобільного

транспорту): навчальний посібник». – Луганськ: вид-во СНУ ім. В. Даля,

2009. – 352с.:27 табл., 71 іл., ISBN 978-966-590-734-3

4. Шийко В.М., Кушнаренко Н.М. “Організація та методика науково-

дослідницької діяльності”: Підручник. – К.: Знання, 2002. – 295с.

5. Пілюшенко В.Л., Шкрабак І.В., Славенко Е.І. Наукове дослідження:

організація, методологія, інформаційне забезпечення: Навчальний посібник.

– Київ: Лібра, 2004. – 344 с.

6. Єріна A.M., Захожай В.Б., Єрін Д.Л. Методологія наукових

досліджень: Навчальний посібник. - Київ: Центр навчальної літератури,

2004.- 212с.

7. Романчиков В.І. “Основи наукових досліджень”: Навч. посібник. – К.:

ВМН, 1997-244с.

8. Закин Я.Х., Рашидов Н.Р. „Основы научного исследования”: Учебник

для студентов машиностроительных и автодорожных вузов. – Ташкент

„Укитувчи”,1981. – 206с.

Documents

Інститут машинобудування та транспорту Факультет ...kashkanovv.vk.vntu.edu.ua/file/cda179166d3fb4d58fd4d8b1054bb804.pdf · економіка,