Организация и математическое планирование эксперимента

Заметный вклад в  решение отраслевых задач может быть сделан на переделе переработки минерального сырья, включающем обогащение полезных ископаемых и его химико-металлургическую переработку. Сложность данного этапа переработки, отличающегося производством крупнотоннажной продукции высокой хозяйственной значимости и стоимости, является залогом достижения высоких технико-экономических показателей. Необходимым элементом такой работы является подготовка новых технических решений на основе проведения комплекса фундаментальных, поисковых и прикладных научно-исследовательских работ. В наиболее общем виде круг задач, решаемых в ходе научного исследования применительно к производству металлургической продукции из сырья природного и техногенного происхождения, включает:

- Выбор и обоснование  принятого направления исследований на основе анализа существующих технологических решений и технических возможностей производственного комплекса.

- Выбор сырьевой базы, источников техногенных отходов и образований горнометаллургического комплекса перспективных для решения вопросов извлечения цветных, редких и благородных металлов и переработки неметаллической составляющей.

- Термодинамическое обоснование возможности протекания технологически значимых процессов в физико-химических системах, определяющих возможность переработки техногенных отходов и образований горнометаллургического комплекса.

- Определение механизма ведущих физико-химических процессов, обеспечивающих извлечение цветных, редких и благородных металлов, и утилизацию неметаллической составляющей.

- Установление кинетических закономерностей и зависимостей, определяющих продолжительность ведения технологического процесса.

- Методическую проработку экспериментальных исследований по определению технологически значимых факторов для переработки природного сырья, техногенных отходов и образований, содержащих цветные, редкие и благородные металлы.

- Экспериментальное определение значимости технологических факторов и оптимизацию режима ведущих технологических операций, обеспечивающих развитие новых направлений переработки природного сырья, технологических полупродуктов и отходов.

- Определение патентоспособности разрабатываемых технических решений.

- Математическое описание  ведущих технологических процессов и определение уточнённых показателей осуществления операций и переделов путём выполнения экспериментальных исследований в укрупнённом масштабе.

- Разработку рациональных аппаратурно-технологических решений, обеспечивающих достижение высокой экономической эффективности, при создании новых производств и реконструкции действующих производственных мощностей.

- Оценку полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.

- Разработку рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР, в том числе по их коммерциализации и внедрению в образовательный процесс.

 

1.3. НОРМИРОВАНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

 

Научно-исследовательская  работа проводится в соответствии с ГОСТом 15.101-98, другими нормативными документами, регламентирующими выполнение научных исследований. Патентные исследования должны быть проведены  в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Отчёт о НИР оформляется в соответствии с ГОСТ 7.32-2001.

В соответствии с этими нормативными документами выполняемая НИР должна быть направлена на решение актуальной, значимой проблемы и получение новых результатов. В процессе выполнения научно-исследовательской работы должны выполняться требования:

- по обеспечению безопасности  для жизни и здоровья людей  и охраны окружающей среды,  совместимости и взаимозаменяемости;

- по стандартизации, унификации  и метрологическому обеспечению;

- по ограничению номенклатуры  применяемых материалов и комплектующих  изделий;

- по экономическому  и рациональному использованию  топливно-энергетических и материальных ресурсов при создании и эксплуатации создаваемой продукции;

- по обеспечению конкурентоспособности  продукции, намечаемой к созданию.

Процесс выполнения научно-исследовательской работы состоит из следующих этапов:

- проведение теоретических  и (или) экспериментальных исследований;

- обобщение и оценка результатов исследований;

- выпуск отчетной научно-технической документации по работе;

- оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем (в том числе оценки возможного создания конкурентоспособной продукции и услуг);

- предъявление результатов  работ к приемке.

Материалы, описывающие  проведение теоретических и (или) экспериментальных  исследований могут включать:

- лабораторные технологические  инструкции;

- акты изготовления  экспериментальных образцов;

- методики и протоколы  измерений характеристик экспериментальных образцов;

- акты готовности испытательных  стендов (установок) (при необходимости  разработки испытательного стенда);

- протоколы испытаний  (исследований) экспериментальных образцов;

- результаты оптимизации  параметров;

- описание применяемых  для решения поставленных научно-исследовательских  задач моделей, алгоритмов, методик  (и) или закономерностей;

- результаты систематизации  и предварительной оценки полученных результатов и др.

Результаты теоретических  и (или) экспериментальных исследований должны быть рассмотрены на ученом (научно-техническом) совете Исполнителя (структурного подразделения Исполнителя).

Обобщение и оценка результатов  исследований должны включать:

- оценку полноты решения задач и достижения поставленных целей;

- сопоставление и обобщение  результатов анализа научно-информационных  источников и теоретических (экспериментальных)  исследований;

- оценку эффективности  полученных результатов в сравнении  с современным научно-техническим уровнем;

Должен быть обоснован  выбор (подход к разработке) моделей, методов, программ и (или) алгоритмов, позволяющих увеличить объем знаний для более глубокого понимания и путей применения новых явлений, механизмов или закономерностей.

При решении задач научно-технологического характера необходимым компонентом исследования является проведение эксперимента и связанных с ним аналитических исследований. Для этого в современной практике выполнения НИР широко применяется «Инструментарий», представляющий собой специализированные аналитические и технологические лаборатории, специализированные программные пакеты, базы данных научно-технической и патентной информации и ряд др. элементов. При этом основное содержание экспериментальных исследований сосредоточено на изучении разнообразных физико-химических, кристаллохимических, кристаллофизических и физических характеристик исходного сырья, вспомогательных и конструкционных материалов, продуктов и полупродуктов технологического процесса, а также моделировании и исследовании процессов, составляющих основу используемых и разрабатываемых технологий. В связи с этим возникает необходимость в использовании «Инструментария», обеспечивающего возможность выполнения комплекса аналитических работ: определение химического и фазового состава сырья, материалов и технологических продуктов, изучение их физико-химических и физических характеристик, что позволяет решать вопросы фундаментального и прикладного характера. Данный подход обеспечивает получение не только достоверных данных экспериментальных исследований, но и их обработку с применением средств вычислительной техники и методов математической статистики, физического и математического моделирования, методов экспериментальной и компьютерной оптимизации технических решений.

Результатом рациональной организации НИР, применения высокотехнологичного оборудования и современных методик позволяет обеспечить высокое качество выполненных работ, связанное с получением запланированных результатов, сокращением сроков и объёмов финансирования, необходимых для их получения. Основой этого является высокая точность, оперативность и достоверность результатов исследования, а также расширение технических возможностей используемого «Инструментария» для получения результатов, обладающих признаками научной новизны, практической значимости и составляющих предмет интеллектуальной собственности. При этом отмечается возрастание объёмов и числа выполняемых договорных и госбюджетных  НИР, увеличение количества публикаций и патентов, числа защит кандидатских и докторских диссертаций по техническим наукам и в конечном итоге подготовленных специалистов высшей квалификации для работы в минерально-сырьевом комплексе России.

ВыводЫ  ПО ГЛАВЕ 1

1. Должен быть обоснован выбор (подход к разработке) моделей, методов, программ и (или) алгоритмов, позволяющих увеличить объем знаний для более глубокого понимания и путей применения новых явлений, механизмов или закономерностей.
2. При решении задач научно-технологического характера необходимым компонентом исследования является проведение эксперимента и связанных с ним аналитических исследований.
3. Результатом рациональной организации НИР, применения высокотехнологичного оборудования и современных методик позволяет обеспечить высокое качество выполненных работ, связанное с получением запланированных результатов, сокращением сроков и объёмов финансирования, необходимых для их получения.

 

контрольные вопросы

 

1. В чём заключается цель научного исследования применительно к минерально-сырьевому комплексу?

2. Какие основные задачи приходится решать применительно к развитию минерально-сырьевого комплекса?

3.  С чем связана  необходимость проведения экспериментальных исследований при решении задач минерально-сырьевого комплекса?

4. Какие документы нормируют научно-исследовательскую работу?

5. Какова последовательность  выполнения НИР?

6. Что включает в  себя понятие «Инструментарий», и каково его значение для  повышения эффективности научных  исследований?

 

2. ФИЗИЧЕСКОЕ  МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК МЕТОД НАУЧНОГО  ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. МЕТОДЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Исследования являются важнейшей частью человеческой деятельности, направленной на вскрытие и познание закономерностей протекания различных процессов, связанных с  переработкой исходного природного сырья в  различные продукты, необходимые для жизни  человека. Исследования появились с началом осмысленной трудовой деятельности человека. Именно тогда появилась необходимость изучения отношений и причинных связей между вещами различной природы. Эти знания помогали организовать более осмысленную деятельность по преобразованию одних предметов в другие, более полезные и необходимые для жизни и деятельности людей. Таким образом, ценность знания полезных свойств предметов и причинных связей между свойствами вещей явились мощным стимулом для исследования и познания окружающего мира. В начале исследования проводили непосредственно на объекте. Эти исследования были обычно направлены на поиск оптимальных условий функционирования объекта. В процессе развития общества и широкомасштабного применения эксперимента были выработаны методы его осуществления, обобщения и обработки получаемых результатов.

Метод - это совокупность приемов или операций практического или теоретического освоения действительности, применяемых при решении конкретных практических задач. Различие между методом и теорией носит функциональный характер. Он формируется в результате анализа и обобщения,  выполненных в прошлом исследований и используется как исходный пункт при проведении новых исследований. В процессе научных исследований используются различные методы

1. Сравнение  и измерение .

Сравнение - это операция мышления, посредством которой классифицируется, упорядочивается и оценивается содержание действительности. При сравнении производят попарно сопоставление объектов для выявления их отношений, сходных или отличительных признаков. При этом важную роль играют те признаки, по которым производят сопоставление объектов. Сравнение имеет смысл только применительно к совокупностям однородных предметов, образующих класс. Сравнение предметов производят по признакам, существенным для выделенного класса предметов или явлений. При этом предметы, сравниваемые по одному признаку, могут быть не сравнимы по другим признакам. Например, сравниваемые электротехнические устройства могут быть сравнимы между собой по потребляемой мощности, но не сравнимы по классу точности.

Измерение – это операция определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной ей величине, принимаемой за единицу. Число, выражающее такое отношение, называется численным значением измеряемой величины. Любое измерение двух или более величин сводится к сравнению их по выбранному признаку. Различают прямые и косвенные измерения. В первом случае результат получают непосредственно из измерения. Например, измерение длины предмета линейкой, или массы тел с помощью гирь и весов. Косвенные измерения базируются на использовании известной зависимости между искомым значением измеряемой величины и значениями непосредственно измеряемых величин. Этот принцип положен в основу работы большинства приборов. Например, измерение механического перемещения может производиться индуктивным датчиком, индуктивное сопротивление которого меняется при изменении положения стального якоря, соединенного с рабочим органом.