Самостоятельная работа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический

университет имени Г. Ф. Морозова»

Кафедра ПРЭМ

ОТЧЁТ

по самостоятельной и практическим работам

по дисциплине «Основы научных исследований»

Номер зачетной книжки_______

Булгаков В. В.

АХ 3-151 ЗБ

Выполнил

Студент(ка) гр. __________ ______________ _______________

(№ группы) (подпись) (Ф. И. О. )

Кадырметов А. М.

преподаватель

Руководитель

__________________________ _______________

(ученое звание) (подпись) (Ф. И. О. )

Самостоятельная работа

Тема1. Методология научного познания

Вопрос. Что такое наука?

Наука - это сфера профессиональной деятельности человека, как и любая другая - индустриальная, педагогическая и т. п. Единственное ее отличие заключается в том, что главная цель, которую она преследует, - получение научного знания. В этом и состоит ее специфика.

История развития науки Древняя Греция считается европейской родиной науки. Жители именно этой страны первыми осознали, что мир, окружающий человека, совсем не таков, каким считают люди, изучающие его лишь посредством чувственного познания. В Греции был впервые совершен переход чувственного к абстрактному, от познания фактов окружающего нас мира к изучению его законов.

Наука в эпоху средневековья оказалась в зависимости от теологии, поэтому существенно замедлилось ее развитие. Однако со временем в результате полученных Галилеем, Коперником и Бруно открытий она стала оказывать все большее влияние на жизнь общества. В Европе в 17-м веке проходил процесс ее формирования как общественного института: учреждаются академии и научные общества, издаются научные журналы.

Новые формы ее организации возникли на рубеже 19-20-го вв.: научные институты и лаборатории, исследовательские центры. Наука стала оказывать примерно в это же время большое влияние на развитие производства. Она стала особым его видом - духовным производством.

Сегодня в области науки можно выделить следующие 3 аспекта:

- наука как результат (получение научных знаний);

- как процесс (сама научная деятельность);

- как социальный институт (совокупность учреждений науки, сообщество ученых).

Тема2. Теоретические методы исследования

Вопрос. Какие задачи решаются в рамках теоретического исследования?

Целью теоретических исследований является выделение в процессе синтеза знаний существенных связей между исследуемым объектом и окружающей средой, объяснение и обобщение результатов эмпирического исследования, выявление общих закономерностей и их формализация.

Теоретическое исследование завершается формированием теории, не обязательно связанной с построением ее математического аппарата. Теория проходит в своем развитии различные стадии от качественного объяснения и количественного измерения процессов до их формализации и в зависимости от стадии может быть представлена как в виде качественных правил, так и в, виде математических уравнений (соотношений).

Задачами теоретического исследования являются: обобщение результатов исследования, нахождение общих закономерностей путем обработки и интерпретации опытных данных; расширение результатов исследования на ряд подобных объектов без повторения всего объема исследований; изучение объекта, недоступного для непосредственного исследования; повышение надежности экспериментального исследования объекта (обоснования параметров и условий наблюдения, точности измерений). При проведении теоретических исследований, основанных на общенаучных методах анализа и синтеза, широко используются расчленение и объединение элементов исследуемой системы (объекта, явления).

Теоретические исследования включают: анализ физической сущности процессов, явлений; формулирование гипотезы исследования; построение (разработка) физической модели; проведение математического исследования; анализ теоретических решений; формулирование выводов. Если не удается выполнить математическое исследование, то формулируется рабочая гипотеза в словесной форме с привлечением графиков, таблиц и т. д. В технических науках необходимо стремиться к применению математической формализации выдвинутых гипотез и выводов.

В процессе теоретических исследований приходится непрерывно ставить и решать разнообразные по типам и сложности задачи в форме противоречий теоретических моделей, требующих разрешения.

Процесс проведения теоретических исследований состоит обычно из нескольких стадий.

Оперативная стадия включает проверку возможности устранения технического противоречия, оценку возможных изменений в среде, окружающей объект, анализ возможности переноса решения задачи из других отраслей знания, применение «обратного» решения или использования «прообразов» природы.

Вторая стадия исследования является синтетической, в процессе которой определяется влияние изменения одной части объекта на построение других его частей, определяются необходимые изменения других объектов, работающих совместно с данным, оценивается возможность применения измененного объекта по новому, и найденной технической идеи при решении других задач.

Тема 3. Основные понятие стохастического моделирования.

Вопрос. Приведите примеры математического описания неопределенностей в машиностроении.

Современные производственные объект представляют собой сложную систему, состоящую из совокупности взаимосвязанных многорежимных подсистем, функционирование которых направлено на достижение общих целей системы. Особенностями такой производственной системы являются: наличие выделяемых частей (подсистем, элементов), для каждой из которых может быть определена цель функционирования; участие в работе системы людей, машин и среды; существование внутренних материальных, энергетических и информационных связей между частями системы, а также внешних связей рассматриваемой системы с другими объектами.

Большинство производственных комплексов, в которых протекают различные процессы, функционируют в условиях неопределенности. Эта неопределенность возникает по ряду причин, основными из которых являются:

- сложность объекта и недостаточная изученность процессов протекающих в нем;

- стохастическая природа основных параметров, описывающих функционирования объекта;

- наличие большого количества возмущающих воздействий и помех на производстве, зашумленность информации;

- недостаточная достоверность исходной статистической информации, обусловленная низкой надежностью, нехватки или отсутствием промышленных средств сбора и обработки такой информации;

- недостатки методов обработки информации;

- плохоформализуемые действия человека, участвующего в контуре управления, и субъективность его действий при принятии решений;

- нечеткость, качественный характер собранной у специалистов информации, описывающей состояние объекта;

- наличие нечетких ограничений и критериев оптимизации.

Тема 4. Математические модели детерминированными структурами

Вопрос. Моделирование динамических систем.

Моделирование динамических систем по сути является прародителем системно-динамического подхода моделирования. Моделирование с помощью данного подхода используется в мехатронике, электрической, химической и других инженерных областях в качестве стандартного этапа процесса разработки. С математической точки зрения динамическая система представляет собой набор переменных состояния и алгебраических дифференциальных уравнений различного вида, заданных для этих переменных и описывающих их изменение с течением времени. В отличие от системной динамики, переменные здесь несут некоторый " физический" смысл: координаты местоположения, скорость, ускорение, сила, концентрация и. т. д., они, как это следует из их смысла, непрерывны и не являются агрегированными величинами, отражающими, например, общее количество или среднее значение нескольких сущностей.

Так же как и в случае с системной динамикой, дискретно-событийным (процессным) и агентным моделированием, AnyLogic предоставляет удобные инструменты и для тех, кто моделирует динамические системы:

AnyLogic предоставляет специальные элементы - динамические переменные для задания дифференциальных и алгебраических уравнений:

Накопитель - для дифференциальных уравнений.

Динамическая переменная - для формул.

AnyLogic поддерживает несколько численных методов для решения дифференциальных, алгебраических и смешанных систем уравнений. Численный метод автоматически выбирается исполняющим модулем AnyLogic в соответствии с поведением моделируемой системы. При решении дифференциальных уравнений первого порядка вначале используется метод Рунге-Кутта с фиксированным шагом. В случае систем алгебраических и смешанных уравнений AnyLogic использует метод Ньютона, варьирующий шаг интеграции для достижения необходимой точности.

AnyLogic поддерживает моделирование физических систем с помощью Метода конечных элементов (описание этого метода вы можете найти здесь: http: //ru. wikipedia. org/wiki/Метод_конечных_элементов). В этом случае обычно используются массивы и размерности типа диапазон и вы можете ссылаться в уравнениях на следующий и предыдущий элемент.

Пример модели: Vibrating String

Более того, AnyLogic является единственным инструментом, язык моделирования которого не задает исключительно непрерывное или дискретное поведения, а может задавать модели с гибридным поведением. Вы можете сделать вашу модель гибридной, добавив дискретные события, которые будут влиять на непрерывное поведение моделируемой системы, например, вы можете добавить событие, отслеживающее значение непрерывно изменяющихся переменных и выполняющее некоторые действия при достижении значением переменной какого-то определенного порога; или событие, которое изменяет параметр уравнения и тем самым влияет на моделируемую динамическую систему.

Тема 5. Экспериментальные исследование.

Вопрос. Какие эксперименты находят частое применение в области машиностроения?

Научное исследование – это изучение закономерностей развития явлений объективного мира и их объяснение. По формам организации исследования разделяют на лабораторные, полевые, лабораторно-полевые, полупромышленные, промышленные. Научными исследованиями занимаются научно-исследовательские, проектно-конструкторские, технологические институты. Академические НИИ (входят в систему организации РАН и АН республик) проводят фундаментальные исследования. Ведомственные НИИ, подчинённые соответствующим министерствам и ведомствам, выполняют исследования прикладного характера, направленные на внедрение новой техники и технологий. В вузах ведутся научно-исследовательские работы (НИР): − госбюджетные – за счёт средств государства, отпускаемых университету на конкурсной основе (гранты, различные научно-технические программы и т. д. ); − хоздоговорные – выполняются на основе двухсторонних хоз. расчётных договоров между вузом и предприятием за счёт средств предприятия. Научные исследования состоят из собственно научных изысканий и вспомогательных организационных мероприятий, направленных на обеспечение технических возможностей проведения таких исследований. В зависимости от поставленной задачи содержанием научных исследований могут быть [1]: а) поисковые исследования и разработка научно-технических предпосылок решения поставленной задачи; б) разработка экспериментально-теоретических основ совершенствования существующих или создания новых процессов или технических объектов (машин, оборудования и т. д. ); в) выполнение опытно-конструкторских разработок объектов; д) доводка и испытание разработанных объектов или процессов. Первый и второй этапы выполняют обычно научно-исследовательские институты, а третий и четвёртый – проектно-конструкторские организации и научно-исследовательские учреждения по испытанию машин при участии вышеуказанных научно-исследовательских учреждений. Опытно-конструкторские разработки предусматривают доведение результатов НИР до уровня серийного производства разрабатываемых объектов на заводах и других предприятиях и включают выполнение проектно-технической документации, опытную проверку разработанных технических, технологических или производственных решений.

Тема 6. Оформление НИР

Вопрос. Что относится к письменной форме оформления результата научного исследования?

Основные формы изложения результатов научного исследования:

- доклад

-статья

-реферат

- диссертация

Доклад - это письменное изложение развернутой устной формы выступления, которое отвечает тексту тезисов. Структурными компонентами доклада есть такие: вступление (актуальность определенных вопросов, предмет исследования, цель, задача, возможным есть определение гипотезы и т. п. ); основная часть (ведущая идея, ее теоретическое доведение, авторская интерпретация проблемы; изложены основные результаты экспериментальной работы); заключительные положения (формулирование выводов, рекомендаций, определение перспектив относительно дальнейшего исследования проблемы)

Статья - основной вид оперативной публикации о новых исследованиях по конкретной тематике. Цель статьи состоит в представлении необходимой информации про проведенную научную работу и полученные результатов исследования. Автором могут быть определенные дальнейшие направления теоретического или практического исследования проблемы на основании приведенных в статьи результатов работы или определенные новые актуальные проблемы, которые требуют тщательного рассмотрения или исследования.

Резюме - краткое определение содержания статьи, основных положений, определенных автором. Объем резюме ограничивается 4-6 предложениями. Чтобы написать резюме на английском языке студенты надо владеть определенным терминологическим аппаратом, а такой уметь определять ведущие идеи и положение статьи средствами иностранного языка

Реферат - это вид научной работы, которая предусматривает обзор соответствующих научных, литературных и других источников или изложение содержания научной работы. Реферативное исследование проблемы предусматривает освещение разных аспектов проблемы, систематизацию материала за темой, раскрытие положений и их критическую оценку. Подготовка реферата предусматривает формирование умений: доказывать актуальность проблемы, которая исследуется; определять приоритетные направления исследования; раскрывать вместо положений; систематизировать материал; давать критическую оценку научных работ исследователей; аргументировать положение, работы сравнительный анализ научной проблемы на основе обработанных теоретических положений; строить заключения относительно практического использования приобретенных знаний; раскрывать свое отношение к проблеме; составлять библиографию проблемы, которая исследуется.

Диссертация (лат. - рассуждение, исследование). В ней излагаются результаты научной работы, подготовленной для публичной защиты на соискание ученой степени кандидата или доктора наук. Диссертация обязательно должна содержать обоснование актуальности темы, характеристику проблемы, объекта и предмета, задач исследования, формулировку гипотезы и выносимые на защите положения, обоснование и описание методики, походка и результатов научных изысканий. Автор должен также обосновать новизну, теоретическую и практическую значимость результатов исследования.