Рабочая программа (стр. 4 )

 

Рис. 2.2. Этапы математического моделирования

Первый этап – формулирование законов, связывающих основные объекты модели. Этот этап требует широкого знания фактов, относящихся к изучаемым явлениям и в их взаимосвязям. Стадия завершается записью в математических терминах качественных представлений о связях между объектами модели.

Второй этап – исследование математических задач, к которым приводят модели. Основным вопросом является при этом решение прямой задачи, т. е. получение результатов для дальнейшего их сопоставления с данными наблюдений. На этом этапе важную роль приобретает математический аппарат, необходимый для анализа. Часто математические задачи, возникающие на основе моделирования различных явлений, бывают одинаковы. Это дает основание рассматривать такие типичные задачи, как самостоятельный объект, абстрагируясь от изучаемых явлений.

Третий этап – выяснение того, согласуются ли результаты наблюдений с теоретическими следствиями модели. Если отклонения выходят за пределы точности наблюдений, то модель не может быть принята. Часто при построении математической модели некоторые её характеристики остаются неопределёнными. Задачи, в которых находятся характеристики модели (параметрические, функциональные) таким образом, чтобы выходная информация была сопоставима с результатами изучаемых явлений, называются обратными задачами. Если при выборе характеристик модели этим условиям нельзя удовлетворить, то модель непригодна для исследования и требует пересмотра.

Четвёртый этап – анализ модели в связи с накоплением данных об изучаемых явлениях и модернизация модели. В процессе развития науки и техники данные об изучаемых явлениях уточняются и наступает момент, когда выводы, получаемые на основании составленной математической модели, не соответствуют нашим знаниям о явлении. Тогда возникает необходимость построения новой, более совершенной модели.

Следует отметить, что при выделении этапов математического моделирования мы пока не останавливаемся на технологической стороне вопроса, т. е. не рассматриваем такие элементы составления моделей как алгоритмизация, программирование, отладка программ и т. д. Этим вопросам посвящены отдельные учебные дисциплины и они уже изучались студентами на начальных курсах.

Метод математического моделирования, сводящий исследование явлений внешнего мира к математическим задачам, занимает ведущее место среди других методов исследования, особенно в связи с использованием вычислительной техники. Он позволяет проектировать новые технические средства, работающие в оптимальных режимах, решать сложные задачи науки и техники, прогнозировать новые явления

Контрольные вопросы*

7.  Этапы системного анализа.

8.  Методы генерирования альтернатив, их сущность.

9.  Математические модели сложных систем.

10.  Сущность материального и идеального моделирования.

11.  Физическое моделирование и критерии подобия.

12.  Специальные методы моделирования.

13.  Математическое моделирование.

14.  Этапы математического моделирования.

Примечание 1. В самостоятельных последующих работах «Номер по списку» означает порядковый номер, под которым значится фамилия студента в списочном составе группы по какому-либо документу (определяется преподавателем). Если число студентов в группе больше, чем 24, то 25-му присваивается номер 1, 26-му – 2 и т. д.

Примечание 2. Знаком * обозначено, что первые шесть вопросов в самостоятельной работе приведены в конце главы 1.

Cамостоятельная работа №1

Номер по списку	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Вопросы, задачи	4 5 7 11 13	3 6 8 10 13	2 6 9 11 14	1 5 7 12 14	1 6 8 12 13	2 6 7 10 13	3 5 9 10 14	4 5 8 12 14	2 5 8 11 13	1 5 9 11 13	3 6 7 12 14	4 6 9 10 14

Номер по списку	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Вопросы, задачи	1 5 8 10 13	2 6 7 10 14	3 6 7 11 13	4 5 8 12 14	4 5 9 12 13	1 6 9 11 14	3 5 7 11 13	2 6 8 12 14	2 6 8 11 13	3 5 7 12 14	1 5 9 10 13	4 6 9 10 14

3. РАБОТА С ЛИТЕРАТУРОЙ

3.1. Источники научно-технической информации

Информационные документы, с которыми приходится иметь дело исследователю, разделяются на первичные (содержащие непосредственные результаты научных исследований) и вторичные (содержащие результаты аналитико-синтетической и логической переработки первичных документов). Первичные и вторичные документы подразделяются на опубликованные (издания) и непубликуемые. Первичные публикуемые документы имеют вид:

– книг (непереодические издания объемом свыше 48 страниц);

– брошюр (непереодические издания объемом от 4 до 48 страниц);

– учебников и учебных пособий (издания, содержащие систематизированные сведения научного и прикладного характера);

– официальных изданий (материалы законодательного, нормативного или директивного характера);

– периодических изданий (газеты, журналы, продолжающиеся издания в виде сборников научных трудов и т. д.);

– специальных видов изданий (стандарты, инструкции, типовые положения, методические указания и др.);

– патентной документации (документы, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и охране прав изобретателей).

Первичные неопубликованные документы подразделяются на научно-технические отчеты, диссертации, научные переводы, конструкторскую документацию, информационные сообщения.

Вторичные документы и издания подразделяют на справочные (словари, справочники), обзорные (аналитические, реферативные и библиографические обзоры), реферативные (реферативные журналы и сборники), библиографические указатели.

Информацию обо всех выполненных в России НИР и ОКР, и диссертациях можно получить во Всероссийском научно-техническом информационном центре (ВНТИЦ, г. Москва), осуществляющем государственную регистрацию, учет и хранение указанных неопубликованных документов. По заявкам организаций и отдельных лиц Информационный центр снимает копии, которые высылают заказчику. Список и рефераты НИР и ПКР, хранящиеся в Информационном центре, а также депонированные рукописи издаются в специальных сборниках, рассылаемых заинтересованным предприятиям.

Информацию можно получить и в крупнейших книгохранилищах нашей страны, в т. ч. по межбиблиотечному абоненту РГБ (Российская государственная библиотека), ГПНТБ (Государственная публичная научно-техническая библиотека), ГПБ (Государственная публичная библиотека им. -Щедрина), БАН (библиотека РАН), в ГПНТБ Государственной публичной научно-технической библиотеке Сибирского отделения РАН) и др.

Для получения книги, издания, микрофильма и т. п. в любой библиотеке можно оформить заявку межбиблиотечного абонемента, где указываются реквизиты издания и пользователя. Библиотека делает запросы в городские, областные, отраслевые библиотечные фонды или фонды центральных библиотек, которые, при наличии издания, передают его для временного пользования или пересылают копию (микрофильм) для постоянной работы.

С развитием компьютерных сетей информацию можно получать в экстренном виде с записью на машинные носители. Особое распространение получила система ИНТЕРНЕТ, которая позволяет получать информацию практически из всех крупнейших библиотек мира.

3.2. Библиотечные каталоги, УДК и ББК

Для составления библиографии по интересующей проблеме необходимо использовать библиотечные каталоги. Каталоги – это указатели печатных изданий, имеющихся в библиотеке и представляющие собой набор карточек, в которых содержатся сведения о книгах, журналах, статьях и т. д. Каталоги, носящие справочно-рекомендательный характер, бывают трех основных видов: алфавитный, систематический и алфавитно-предметный.

В алфавитном каталоге карточки расположены в алфавитном порядке фамилий авторов или заглавий произведений, если автор не указан или их число превышает три. Благодаря этому все книги одного автора (индивидуального и коллективного) собраны в одном месте.

В систематическом каталоге карточки располагаются по отраслям знаний. Каталог позволяет подобрать литературу по определенным отраслям, причем с его помощью можно постепенно сужать границы интересующей информации. В этом каталоге библиографические сведения приведены в систему на основе применения специальной библиотечной классификации. Наиболее широко используется Универсальная десятичная классификация (УДК). Она действует в больших научных библиотеках. Ключом к систематическому каталогу является алфавитно-предметный каталог. В нем в алфавитном порядке перечисляются наименования отраслей знаний, отдельных вопросов и тем по которым в отделах и подотделах систематического каталога собрана литература, имеющаяся в библиотеке.

Универсальная десятичная классификация используется более чем в пятидесяти странах мира. В России УДК введена с 1963 г. в качестве единой системы классификации всех публикаций по точным, естественным наукам и технике. Она представляет собой схему, в которой все отрасли знаний делятся на десять классов с последующим делением каждого класса на десять разделов и т. д.

Индекс УДК в книгах и учебниках располагается перед аннотацией, а в статьях – перед названием. Обычно он имеет вид трех - шестизначного числа с точкой после первых трех знаков. Например, УДК 519.2 который присвоен учебнику под названием «Теория вероятностей и её приложения».

Объясним суть каждой из цифр. Первая цифра (ряд) обозначает класс знаний, в частности: 0 – Общий отдел. Наука. Умственная деятельность. Знаки и символы. Документы и публикации; 1 – Философия; 2 – Религия; 3 – Экономика. Труд. Право; 4 – свободен; 5 - Математика. Естественные науки; 6 – Прикладные науки. Медицина. Техника; 7 – Искусство. Прикладное искусство. Фотография. Музыка; 8 – Языкознание. Философия. Худож. литература; 9 – Краеведение. География. Биография. История.

Вторая и последующие цифры обозначают класс знаний. Например, УДК 62 – «Горное дело», УДК 51 – «Высшая математика». В приведенном примере (УДК 519.2) цифра 5 соответствует классу «Математика», цифра 1 – раздел «Высшей математики», 9 – «Теория вероятностей», 2 – Её приложения.

В массовых и малых научных библиотеках используется Библиотечно-библиографическая классификация (ББК). ББК состоит из нескольких видов таблиц: основных, общих, территориальных и специальных типовых делений. Сочетание их образует развернутые таблицы.

Первый и второй ряд делений таблиц ББК для массовых библиотек в совокупности соответствует основному (первому) ряду таблиц для научных библиотек. В частности: 2 - Естественные науки; 20 – Естественные науки в целом; 22 – Физико-математические науки; 24 – Химические науки; 26 – Науки и Земле (геодезические, геофизические, геологические и географические науки); 28 – Биологические науки; 3 – Техника. Технические науки; 4 – Сельское и лесное хозяйство. Сельскохозяйственные и лесохозяйственные науки. 5 – Здравоохранение. Медицинские науки. 6/8 – Общественные и гуманитарные науки. 60 – Общественные науки в целом; 63 – История. Исторические науки; 65 – Экономика. Экономические науки; 66 – Политика. Политические науки; 67 – Право. Юридические науки и т. д.

Более детальная классификация в ББК осуществляется примерно по той же схеме, что и в УДК. Например, УДК 519.2 соответствует ББК 22.17. Приведем еще один пример детализации: для ББК 26.233 имеем 26 – Геофизические науки; 26.23 – Метеорология; 26.233 – Физика атмосферы. Такой индекс ББК присвоен статье под названием «Анализ методов прогноза перемещений воздушных потоков в приземной части атмосферы».

Поиск патентных материалов применительно к научным исследованиям (а не для составления заявки на изобретение) целесообразно проводить в следующей последовательности. Вначале необходимо обратиться к имеющимся в головных организациях картотекам и обзорным материалам, содержащим сведения о деятельности разработчиков в интересующем направлении в разных странах и фирмах.

При недостатке полученной таким путем информации следует провести поиск по соответствующему выпуску или нескольким выпускам «Реферативного журнала Всероссийского института научно-технической информации» (РЖ ВИНИТИ) на глубину 2-3 года. Ознакомление с РЖ позволит выявить страны (фирмы), в которых специалисты занимаются решением аналогичных проблем, а также выявить основные и смежные рубрики МКИ (см. следующий подраздел) и УДК, необходимые для составления регламента поиска.

При проведении патентного поиска на последующих стадиях и этапах разработки используют регламент, составленный на предыдущей стадии разработки, дополняя его, по мере конкретизации проблемы, новыми классификационными рубриками, новыми странами и источниками информации.

3.3. Патентная информация и МКИ

Патентная информация – это совокупность сведений, содержащихся в описаниях изобретений, сведения об охранных документах и о правах владельцев этих документов. Патентная информация включает патентную документацию и патентную литературу. Поиск, отбор, анализ и целенаправленное использование патентной информации называют патентным поиском или патентными исследованиями.

Предмет поиска определяют исходя из конкретных задач патентных исследований, категории объекта (устройство, способ), а также из того, какие его элементы, параметры, свойства и другие характеристики предполагается исследовать. Если темой исследований является устройство (машина, прибор и т. п.), то предметами поиска могут быть:

– устройство в целом (общая компоновка, принципиальная схема);

– принцип (способ) работы устройства;

– узлы и детали;

– области возможного применения.

Если темой патентных исследований является технологический процесс, то предметами поиска могут быть:

– технологический процесс в целом и его этапы, если они представляют собой самостоятельный объект;

– оборудование, на базе которого реализуется данный способ.

В общем комплексе патентно-информационного поиска при проведении патентных исследований существенное значение имеет поиск патентных документов-аналогов. Он является одной из разновидностей библиографического поиска. Его спецификой являются следующие дополнительные элементы библиографического описания: страна приоритета, дата подачи приоритетной заявки, номер приоритетной заявки.

Поиск патентных документов-аналогов проводится при различных патентных исследованиях и обеспечивает:

– преодоление языкового барьера путем отсылки к аналогу на более доступном языке;

– сокращение затрат при комплектовании патентных фондов;

– установление технической и экономической значимости изобретений.

Основным средством организации и поиска информации в мировом патентном фонде являются системы классификации изобретений. В России с 1970 г. используется международная классификация изобретений (МКИ), которая, во-первых, значительно облегчает возможность анализа зарубежных патентов и, во-вторых – доступ к отечественным патентным материалам иностранных специалистов.

МКИ выполняет ту же роль, что и УДК и ББК для работы с патентной информацией. МКИ – сложная многоаспектная классификация, построенная по функционально-отраслевому типу. Для облегчения ориентации в этой классификации разработан алфавитно-предметный указатель, который упрощает поиск отдельных рубрик. Она включает классификации разделов, классов и подклассов.

Разделы, индекс которых обозначается заглавными буквами, включают в себя следующие основные позиции:

А – удовлетворение жизненных потребностей человека;

В – различные технологические процессы;

С – химия, металлургия;

D – текстиль бумага;

Е – строительство, горное дело;

F – механика, освещение, отопление, двигатели и насосы, оружие и боеприпасы, взрывное дело;

G – физика;

Н – электричество.

Внутри разделов родственные классы условно объединяются в подразделы, которые обозначаются индексами классов (он состоит из двузначного числа, которое отражает содержание раздела). Например, А 01 - сельское хозяйство, лесное хозяйство, животноводство, охота, рыболовство и рыбоводство.

Аналогичными индексами обозначаются и подклассы МКИ. Содержание классов и подклассов определяется по указателю классификатора.

Формулировать предмет поиска следует, по возможности, с использованием терминологии, принятой в соответствующей системе классификации. Порядок проведения поиска зависит от особенностей организации патентного фонда конкретной страны. Более подробно эти вопросы изучаются в специальном курсе «Патентоведение».

3.4. Рекомендации по работе с литературой

Работу с литературой, необходимой для составления обзора по теме исследований, целесообразно начинать с ознакомления со справочной информацией (справочники, тематические подборки, реферативные журналы и т. д.). Перед этим для темы исследований подбирается подробный индекс УДК или ББК, а также выясняются фамилии наиболее крупных специалистов по проблеме.

В процессе изучения литературы необходимо обратить внимание на ссылки и прикнижные списки использованных работ, что позволяет выявить новые источники, пропущенные по различным причинам в процессе подбора литературы и облегчает поиск необходимых источников информации «за чужой счет».

Эффективным является использование библиографических списков в диссертациях, защищенных по тематике исследований. Число ссылок на интересуемые источники в них составляют, как правило, 80-120 наименований. Диссертации обычно имеются в библиотеке института, где проводилась защита, и в библиотеке учреждения по месту работы диссертанта.

Ещё один оперативный источник информации – материалы конференции, проводимых по изучаемой проблеме. Их можно найти в библиотеке вуза или на профильной кафедре. В этих материалах содержится краткое изложение результатов исследований по интересующей теме.

Большое значение имеет правильная организация работы с литературой. Наиболее рационально она осуществляется с помощью собственной картотеки. В ней достаточно иметь два раздела. В первом разделе помещаются карточки с названием работ, отобранных для изучения; во-втором – заполненные карточки, которые перемещаются сюда из первого раздела. На карточках можно делать пометки: «очень важно», «важно», «менее важно». Подробность конспектирования источников также зависит от фактора близости источника к теме исследований.

Для источников, помеченных как «очень важно» целесообразно отразить актуальность, цель, задачи исследований, научную новизну, практическую ценность и перспективы использования.

Работа с литературой заканчивается составлением библиографического списка, который используется в отчетах по научной работе или в диссертации.

В окончательный список используемой литературы «модно» (но к месту) включать ссылки на энциклопедические словари (можно и философские), работы, опубликованные лет 50 – 100 назад (если они имеют отношение к истокам темы), изречения мудрецов и ученых древности, библию и прочие оригинальности.

С развитием компьютерной техники расширились возможности организации собственных информационных каталогов на персональных ЭВМ. Если Вы имеете доступ компьютеру, то создайте папку списка литературы, которой Вы пользуетесь в научной работе. Если Вы где-либо печатались, то создайте папку своих публикаций – они потребуются в дальнейшем. Список сразу оформляйте в соответствии с действующими нормативами, их можно найти в отделе аспирантуры.

Контрольные вопросы

1.  Структура УДК и ББК.

2.  Составьте индекс УДК или ББК для одной из курсовых работ.

3.  Работа с патентной информацией при выполнении НИР и ОКР.

4.  Как подбирается литература к обзору?

4. ТЕХНОЛОГИЯ ВЕДЕНИЯ НИР и ОКР

4.1. Технология ведения НИР

4.1.1. Требования к содержанию НИР

Исходным этапом для начала научной работы является выбор темы исследований. Тема исследований, выбираемая студентами, аспирантами, соискателями или научными работниками, должна удовлетворять следующим требованиям:

– актуальности (быть своевременной и решать ту или иную проблему или задачу, стоящую перед наукой или отраслью);

– иметь связь с планами и перспективами развития профилирующей кафедры, лаборатории, университета, отрасли;

– обладать научной новизной, заключающейся в установлении, уточнении или обобщении в ходе исследований ряда зависимостей или закономерностей, которые не были известны ранее;

– иметь практическую ценность, заключающуюся в том, что результаты работы позволяют обеспечить решение достаточно широкого круга производственных и экономических вопросов.

Для студентов тема исследований, как правило, предлагается преподавателем, но может быть выбрана и самостоятельно с учетом интереса к отдельным разделам науки и объективной оценки своих способностей, сил и времени. Целесообразно, чтобы тема выбиралась с перспективой ее завершения (хотя бы частичного) в дипломной работе, проекте или диссертации. Любая исследовательская работа выполняется в определенной последовательности. Наиболее эффективный путь последовательного её решения заключается в следующем.

1. Конкретизируется цель и задачи исследования.

2. Проводится обзор и анализ литературы, патентный поиск.

3. Разрабатывается методика и программа исследований.

4. Составляется рабочий план с указанием примерных объемов экспериментальных работ, методов, технического обеспечения, трудовых ресурсов и сроков выполнения отдельных этапов.

5. Проводятся теоретические, лабораторные и экспериментальные исследования.

6. Проводятся анализ и обобщение полученных результатов, осуществляется сопоставление гипотез с экспериментами.

7. Формулируются научные и практические выводы, составляется научно-технический отчет по работе.

8. Результаты исследований внедряются или рекомендуются к внедрению в практику.

Следует отметить, что в силу объективных и субъективных причин не всегда выполнение научно-исследовательской работы может и должно включать указанные этапы, а также не всегда они выполняются в указанной последовательности. Зачастую исполнителю приходится корректировать методику исследований, пополнять обзор новыми источниками информации, уточнять программу исследований. Однако основные из этапов – аналитический обзор, установление цели и формулировка задач, выполнение исследований, анализ результатов и составление отчета – являются обязательным.

В ходе изложения результатов исследований авторам работы целесообразно руководствуется следующими «неписанными» правилами её представления:

– в анализе состояния изученности вопроса следует упомянуть пофамильно полтора-два десятка известных ученых и специалистов, которые работали в это направлении – это покажет, что Вы внимательно изучали научную литературу;

– весьма эффективным считается вариант изложения, когда вначале формулируются научные (физические, математические) допущения, введенные авторами работы – это покажет научную добросовестность исследователей;

– не следует «причесывать» исходные данные и результаты экспериментов – все равно специалисты этому не поверят и могут усомниться в достоверности работы вообще;

– не нужно «выпячивать» себя в работе, например, словами «впервые, заложена основа и т. д.» – среди ученных и практических специалистов это плохо смотрится.

В работе теоретического характера соответствующие разделы следует начинать с описания явления, теория которого разрабатывалась в процессе исследования, а затем приводить суждения (представления) о механизме этого явления. Если в основу анализа были положены какие-либо упрощающие положения, об этом не только следует упомянуть, но и обосновать необходимость упрощений. После этого можно приступить к описанию полученных результатов, их анализу и обобщению. Весьма полезно рассмотреть возможные частные случаи, а также сопоставить полученное решение с имеющимися экспериментальными данными.

В исследованиях экспериментального характера разделы, отражающие методику и содержание работы, нужно начинать с указания цели и описания программы конкретных экспериментов. Затем обосновывают и описывают методику их проведения. При этом необходимо мотивировать количество экспериментов, оценить точность и достоверность полученных результатов.

Все НИР можно разделить на работы фундаментального и прикладного характера. Деление это достаточно условное, однако если работа имеет фундаментальных характер, то она, как правило, не требует прямого внедрения её результатов в практику. Для работ прикладного характера такое внедрение является желательным, а иногда и обязательным.

В настоящем курсе мы не касаемся конкретных методов исследования, потому что для разных задач они различны. Можно применить весь арсенал математических, экономических и логических методов и средств, с которыми познакомились или познакомятся студенты в процессе обучения и самостоятельной работы.

4.1.2. Формулировка цели и задач исследования

Конечной задачей составления аналитического обзора (анализа состояния вопроса) в НИР является формулировка цели и задач исследований. Параграф с таким названием является финальным в обзоре. Практика в научных исследованиях показывает, что изложение этих трех позиций: состояние вопроса, цель и задачи исследований, лучше всего осуществлять итерационно (методом последовательного приближения).

Вначале, в первом приближении, формулируется цель исследований. Затем, вчерне, определяются задачи, что дает возможность расширять или сужать материалы для обзора. Далее, в ходе работы с литературой, цель и задачи уточняются. Не следует ставить задачи, которые не будут решены или будут решены частично. После завершения работы необходимо вновь вернуться к цели и задачам исследований и привести их в соответствие с предполагаемыми конечными результатами НИР.

Последний, заключительный параграф обзора литературы структурно должен иметь следующий вид.

«В результате анализа состояние изученности вопроса (формулировка темы исследований) установлено следующее: (далее по пунктам перечисляется то, что уже сделано по теме и какие вопросы остались, не решенными). Таким образом, целью исследований является (формулировка цели исследований)».