ПОДГОТОВКА, ПЛАНИРОВАНИЕ, ПРОВЕДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. Лабораторный практикум по дисциплине «Методология научных исследований»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра оборудования и технологии сварочного производства

ПОДГОТОВКА, ПЛАНИРОВАНИЕ, ПРОВЕДЕНИЕ

И ОБРАБОТКА ФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Лабораторный практикум

по дисциплине

«Методология научных исследований»

Уфа 2009

Составители: В.М. Бычков, А.С. Селиванов

УКД 621.791

Подготовка, планирование, проведение и обработка результатов факторного эксперимента: лабораторный практикум по дисциплине «Методология научных исследований»/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост. В.М. Бычков, А.С. Селиванов. - Уфа, 2009. - 19 с.

Содержат методику выполнения двух лабораторных работ в соответствии с рабочей программой курса. Лабораторная работа №2 выполняется на двух четырехчасовых занятиях.

Предназначен для студентов 3 курса факультета АТС, по направлению 551800, направлению 651400, специальности 120500, специальности 072100 изучающих дисциплину «Методология научных исследований.

Табл. 4. Ил. 1.

авиационный технический университет, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1

Тематический информационный поиск и реферирование

1. Цель работы ............................................................................................ 4

2. Общие сведения....................................................................................... 4

3. Оборудование и материалы.................................................................... 7

4. Порядок проведения работы.................................................................. 7

5. Содержание отчета.................................................................................. 8

6. Контрольные вопросы............................................................................ 8

Лабораторная работа №2

Подготовка, планирование, проведение и обработка результатов факторного эксперимента при конденсаторной сварке нахлесточных соединений

1. Цель работы ............................................................................................ 9

2. Общие сведения....................................................................................... 9

3. Оборудование и материалы.................................................................. 18

4. Порядок проведения работы................................................................ 18

5. Содержание отчета................................................................................ 19

6. Контрольные вопросы.......................................................................... 19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСКИ РЕФЕРИРОВАНИЕ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получить навыки рационального поиска и реферирования научно-технической информации.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При тематическом информационном поиске научно-технической информации наименьшие затраты времени достигаются, как правило, при использовании… В указателе РЖ крупные рубрики разбиты на подрубрики нескольких уровней,… Слова в рубриках и подрубриках предметного указателя расположены в алфавитном порядке, аналогично словарю. Для…

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

В работе используются персональные компьютеры, электронные версии годовых комплектов РЖ "Сварка" и журналы "Сварочное производство".

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Ознакомиться с приведенными рекомендациями по поиску научно-технической информации в области сварочного производства. 4.2. В соответствии с полученным вариантом задания определить поисковые слова… 4.3. В текстовом редакторе WORD открыть файл C:/RGW/KPU и проверить наличие искомых слов или выражений в электронной…

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Отчет по работе должен содержать: наименование работы, тему информационного поиска, перечень применявшихся для поиска ключевых слов и выражений, номера выбранных рефератов, индексы МКИ и УДК по теме поиска, полные библиографические описания трех наиболее близких к теме первоисточников, полное библиографическое описание 2-3 близких по тематике книг, реферат на статью из журнала "Сварочное производство".

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как проводится целевой информационный поиск с использованием реферативного журнала?

2. Какие требования предъявляются реферату?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ПОДГОТОВКА, ПЛАНИРОВАНИЕ, ПРОВЕДЕНИЕ И ОБРАБОТКА

РЕЗУЛЬТАТОВ ФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ

КОНДЕНСАТОРНОЙ СВАРКЕ НАХЛЕСТОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с подготовкой, планированием, проведением и обработкой результатов полного факторного эксперимента,…

Уровни и интервалы варьирования факторов

Наименование	Факторы
Х₁	Х₂	Х₃
Основной уровень (0)
Интервал варьирования
Верхний уровень (+)
Нижний уровень (–)

Таблица 2.2

План трехфакторного экспериментас дополнительным контрольным опытом

Перед проведением опытов для исключения систематических ошибок необходимо их рандомизировать (предусмотреть проведение опытов в случайной… Этап выполнения ПФЭ типа 23с дополнением и с трехкратным повторением включает… При сварке на машине ТКМ-7 образцы необходимо придерживать руками с обоих концов, а соединение выполнять в…

Значение t – критерия Стьюдента при 5%-ном уровне значимости

Таблица 2.4

Значение F– критерия Фишера при 5%-ном уровне значимости

Критерий Кохрена представляет собой отношение максимальной дисперсии к сумме… Гипотеза однородности дисперсий подтверждается, если Gр не превышает табличного значения (в таблице 2.5 N – число…

Значения G-критерия при 5%-ном уровне значимости

Если числа параллельных опытов неодинаковы, то определяют по формуле , (2.7) где fj – число степеней свободы в j-м опыте, равное числу параллельных опытов… Для значение . Для случая равных повторов опытов при определении по формуле (2.6) .

Таблица для вычисления коэффициентов уравнения регрессии

№	Х₀	Х₁	Х₂	Х₃	Х₁·Х₂	Х₁·Х₃	Х₂·Х₃	Х₁·Х₂·Х₃
	+	+	+	+
	+	-	+	+
	+	+	-	+
	+	-	-	+
	+	+	+	-
	+	-	+	-
	+	+	-	-
	+	-	-	-

Таким образом для плана 2³уравнение регрессии в общем виде имеет следующий вид.

(2.12)

Выполнив с помощью таблицы 2.6 вычисление коэффициентов уравнения записать его в отчет с полученными коэффициентами.

Проверку значимости коэффициентов в уравнении регрессии производят следующим образом. Вначале определяют дисперсию значений коэффициентов уравнения при равном числе параллельных опытов (при неравномерном дублировании опытов формула служит для приближенной оценки)

(2.13)

где n - число параллельных опытов.

Затем определяют доверительный интервал Δb для значений коэффициентов по выражению

где t - табличное значение критерия Стьюдента при принятом уровне значимости 5% и числе степеней свободы, с которым определялась дисперсия (см. выше).

Коэффициент значим, если его абсолютная величина больше доверительного интервала. В противном случае коэффициент незначим и слагаемое, в которое он входит, можно исключить из уравнения регрессии.

Проверку адекватности математической модели проводят с использованием F – критерия, который рассчитывают по выражению

(2.14)

где – дисперсия адекватности.

Дисперсию адекватности при одинаковых и неодинаковых числах параллельных опытов вычисляют соответственно по формулам:

,	(2.15)
.	(2.16)

где n_j - число параллельных j-х опытов;

- разность между вычисленным по модели значением параметра оптимизации и полученным в j-м опыте;

- среднее значение параметра оптимизации из параллельных опытов;

- значение параметра оптимизации, вычисленное по модели;

f - число степеней свободы для линейной модели (f = N – p, где p – число значимых коэффициентов из b₀, b₁, b₂, b₃).

При вычислении значения факторов необходимо подставить в кодированном виде. Если расчетное значение критерия Фишера меньше табличного, модель считается адекватной.

Если модель не адекватна данным эксперимента, то необходимо перейти к более сложной формуле уравнения регрессии или уменьшить интервал варьирования, проводя новые опыты.

При анализе математической модели устанавливают наиболее влияющие факторы и взаимодействия факторов, направления их изменения для движения к оптимуму функции отклика (максимуму или минимуму параметра оптимизации).

3. ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

3.1. Машины для контактной точечной конденсаторной сварки ТКМ-7.

3.2. Разрывная машина.

3.3. Образцы тонколистовых материалов /нержавеющая сталь, медные и алюминиевые сплавы/.

3.4. Плоскогубцы, напильник, наждачная бумага.

3.5. Микрокалькуляторы любого типа.

3.6. ПЭВМ и программа статистической обработки.

4. МЕТОДИКА РАБОТЫ

4.1. В соответствии с изложенными выше рекомендациями провести в присутствии преподавателя поисковый эксперимент, изменяя вначале параметр С в пределах от 10 до 400 мкФ, затем параметр К от 75 до 150 и наконец параметр Р от 3 до 9 делений (в связи с использованием нестандартных электродов и большими отклонениями коромысла с грузом от горизонтали деления на коромысле могут не соответствовать величине нагрузки в килограммах). Поисковый эксперимент проводить до достижения точности определения границ допустимого изменения факторов С, К, Р не более 50 мкФ, 25, 2 деления соответственно. В заключении предварительного эксперимента проверить все сочетания минимальных и максимальных граничных значений параметров С, К, Р. В случае получения непроваров или прожогов соответственно несколько увеличить или уменьшить значение С и повторить эксперимент. Записать в отчет полученные окончательные результаты поискового эксперимента и представить на проверку преподавателю.

4.2. В соответствии с заданием и изложенными выше сведениями подготовить план ПФЭ типа 2³ в виде табл. 2.1. и табл. 2.2. с выбранными значениями параметров в пределах области, найденной в поисковом эксперименте. Представить подготовленные планы на проверку преподавателю.

4.3. На основании плана ПФЭ типа 2³ с дополнением провести с соблюдением приведенных выше требований сварку серии из 27 образцов, отмечая номер запланированного опыта (номер проставить карандашом в средней части образцов после их сварки). Сваренные образцы испытать по очереди на разрывной машине в присутствии преподавателя и занести результаты в таблицу плана 2³. Записать в отчете погрешность установки значений факторов С, К, Р и погрешность определения функции отклика Y. Полученные результаты представить на проверку преподавателю.

4.4. Используя сведения раздела 2, последовательно проводят обработку экспериментальных данных по конденсаторной сварке нахлесточных соединений: проверку наличия грубых ошибок, проверку однородности дисперсии опытов, расчет дисперсии параметра оптимизации, расчет коэффициентов уравнения регрессии, проверку адекватности математической модели и выводы по работе. Вначале обработка результатов проводится вручную для изучения этапов статистической обработки и их содержания, а затем результаты перепроверяются с помощью ПЭВМ.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

5.1. Отчет по работе должен содержать: наименование работы, таблицы 2.1, 2.2, 2.6, результаты дисперсионного и регрессионного анализа данных эксперимента, итоговое уравнение регрессии и заключение об адекватности математической модели.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какова цель поискового эксперимента?

2. Какие критерии оценки используются в поисковом эксперименте при конденсаторной сварке?

3. В какой последовательности проводится поисковый однофакторный эксперимент?

4. Чем отличается последовательность проведения многофакторного поискового эксперимента и однофакторного?

5. Какова цель факторного эксперимента?

6. Как выбираются уровни варьирования факторов?

7. Почему проводятся параллельные и контрольные опыты?

8. Как оцениваются погрешности измерения факторов и функций отклика?