Парадигма развития науки (стр. 1 )

Парадигма развития науки

Методологическое обеспечение

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

(Общая теория эксперимента)

Книга 4

Киев

Освіта України

2011

УДК 519. 237.5:515.126.2

ББК 22.172+22.152

К 15

Рецензент:

- д-р техн. наук, проф. (Национальний авиационный университет).

К15 Основы научных исследований (общая теория эксперимента)

К.4. Монография. К.: 2010.- 506 с.

ISBN 966-96574-0-9

Данная работа, состоящая из четырех книг, посвящена основам научного исследования, методы которых широко используются в экспериментальных исследованиях. По­дробно рассмотрена техника факторного планирования эксперимен­та. Особое внимание уделено вопросам интерпретации результатов эксперимента и проверки правильности исходных предпосылок, приемам планирования в лабораторных и промышленных условиях, в том числе блочному планированию. Из­ложение сопровождается детальным анализом большого числа прак­тических примеров.

Работа рассчитана на магистров, аспирантов, докторантов и других научных работников различного профиля.

УДК 519. 237.5:515.126.2

ББК 22.172+22.152

©, 2010

ISBN 966-96574-0-9

Оглавление

17. Автоматизированные системы научных исследований –

средства реализации процессов исследования и формирования

научных рекомендаций ………………………………………...…4

17.1. Общая теория систем и ее связь (взаимодействие)

с общей теорией эксперимента ………………………………….4

17.2. Обобщенная структура системы научных исследований…… 12

18. Анализ и оценка свойстви поведения систем научных

исследований…………………………………………………. …….. 28

18.1. Внешние и внутренние воздействия…………………………...28

18.2. Принцип экспериментального изучения случайных полей….31

18.3. Оценки эффективности изучения нестационарного

процесса………………………………………………………….36

18.4. Оценка качества систем научных

исследований, совершенствующихся в процессе испытаний..40

19. Математичекое моделирование систем научных

исследований……………………....................................................52

19.1. Математичекое моделирование систем научных

исследований рядом Винера …………………………………..52

19.2. Моделирование систем научных исследований

сетями Петри ……………………………………………………..57

19.3. Анализ и синтез систем научных исследований…………… 73

19.4. Определение ядер Винера методом взаимной корреляции… 80

20. Основы построения автоматизированных систем научных

исследований (АСНИ) ………………………………………… 90

20.1. Цели создания и функции АСНИ……………………………. 90

20.2. Классификация АСНИ………………………………………… 96

20. 3. Основные принципы построения АСНИ…………………….100

20.4. Комплекс средств обеспечения АСНИ ………………………102

21. Лингвистическое обеспечение АСНИ……………………………. 114

21.1. Назначение, классификация языков исследования

и требование к ним………………………………………….. 114

21.2. Представление языков с помощью формальных грамматик. 118

21.3. Входные языки ……………………………………………... 123

21.4. Диалоговые языки …………………………………………… 136

21.5. Средства разработки и поддержки языков исследования …. 146

22. Информационное обеспечение АСНИ …………………………….154

22.1. Определения, состав и общие требования к

информационному обеспечению АСНИ ………………………….. 154

22.2. Принципы построения системы инфорационного

обеспечения…………………….. ………………………….. 159

22.3.Типы и модели данных……………………………………….. 162

22.4. Реляционная модель данных ………………………………….182

22.5. Сетевая модель данных……………………………………… 202

22.6. Иерархическая модель данных………………………………. 209

22.7. Проектирование данных ………………………………………218

22.8. Архитектура автоматизированных банков данных……….... 233

22.9. Система управления базами данных (СУБД)………………. 242

22.10. Целостность и сохранность баз данных ……………………246

22.11. Организация данных по типовым научным

рекомендациям и элементам ………………………………250

22.12. Рекомендации по проектированию информационного

обеспечения ……………………………………………… 253

23. Автоматизированная система обработки данных –

обслуживающая подсистема АСНИ ……………………..256

23.1. Общая характеристика АСОД……………………………….. 256

23.2. Критерии эффективности АСОД……………………………. 260

23.3. Аналитическая модель ………………………………………..262

23.4. Нормирование работ в системе……………………………… 268

23.5. Определение оптимальной последовательности работ……. 281

23.6. Планирование работы вычислитедьного участка………….. 290

24. Техническое обеспечение АСНИ …………………………………304

24.1. Общие требования ……………………………………………304

24.2. Состав, структура и классификация технических

средств АСНИ ……………………………………………….308

24.3. Центральные вычислительные конмплексы АСНИ ……….313

Приложение……………………………………………………. ………316

Список литературы…………………………………………………… 417

17. Автоматизированные системы научных исследований – средства реализации процессов исследования и формирования научных рекомендаций

В первой, второй и третьей книгах основ научных исследований мы детально рассмотрели вопроссы, связанные с разработкой и моделированием процессов исследования, реализация которых обеспечивает формирование научных рекомендаций по решению исследовательских задач. В четвертой книге основ научных исследований будут рассмотрены средства, реализующие процессы исследования, результатом которых являются сформированные научные рекомендации по решению исследовательских задач. Этими средствами будут выступать объектные системы, представляемые как автоматизированные системы научных исследований (АСНИ).

17.1. Общая теория систем и ее связь (взаимодействие) с общей теорией эксперимента

Как мы определили ранее, целью общей теории эксперимента является создание единой методологии исследования объектов, процессов и явлений (в общем – сущностей) и создания (формирование) системы средств, обеспечивающих реализацию процесса исследования и формирование научных рекомендаций для решения практических задач по исследуемой проблеме.

Такая формулировка цели общей теории эксперимента находится в полной корреляции с понятием цели общей теории систем.

Прежде чем приступить к изложению основных положений, которые могут (помогут) подтвердить тесное взаимодействие общих теорий систем и эксперимента, рассмотрим основные проблемы, которые существуют и которые необходимо решить при рассмотрении вопросов взаимосвязей теорий систем и эксперимента.

Типы систем научных исследований. Фундаментальная проблема теории эксперимента состоит в выяснении законов ор­ганизации, поведения и развития реальных систем научных исследований. Эту проблему можно решить, построив абстрактную систему научных исследований, являющуюся математическим описанием системы научных исследований и в достаточной мере адекватно отражающей ее организацию, поведение и развитие.

Все системы, независимо от их профильной ориентации (принадлежности), разделим на два тип.

К первому типу систем отнесем системы, которые для эффективного выполнения своих функций, испытывают в отдельных случаях потребность в научных рекомендациях по выполнению этих функций. Такие системы будем называть исследуемой проблемой (ИП). Другими словами - это такие системы, которые нуждаются в исследовании (в научных рекомендациях по решению задач, стоящих перед ИП )

Ко второму типу систем отнесем системы, которые выполняют (реализуют) процесс исследования ОИ и формируют научные рекомендации. Такие системы будем называть системами научных исследований (СНИ). Другими словами - это такие системы, которые выполняют функции исследователей по реализацци процесса исследования ИП и формируют научные рекомендации для решения задач исследуемой проблемы.

Системы обоих типов взаимодействуют, как правило, в рамках одной системы, в которую в ранге подсистем входят система, представлевляемая исследуемой проблемой (ИП) и системой научных исследований (СНИ). Такую систему будем называть комплексной системой научных исследований (КСНИ), или, исследовательским комплексом (ИК). Структура КСНИ приведена на рис. 17.1.

Рис. 17.1. Структурная схема исследовательского комплекса

Отдельные СНИ могут не иметь жестких связей с исследуемыми проблемами, т. е. выполнять свои функции, будучи в сравнительно независимом (свободном) состоянии. Такие системы мы будем называть автономными системами научных исследований (АвСНИ).

В настоящей работе речь будет идти о математических описа­ниях и исследованиях ИП, СНИ, КСНИ и АвСНИ. Исходя из этого, рассматриваемая часть общей теории эксперимента будет носить название «математическая теория эксперимента». Она строится на основе поня­тия системы, под которой будем понимать абстрактную СНИ или ИП как некоторую аналогию или модель определен­ного класса, в достаточной мере, тождественную реальной СНИ или ИП. Такую теорию можно рассматривать как теорию абстрактных моделей СНИ и ИП. Отсюда основной задачей нашей теории является построение абстракт­ных моделей СНИ и ИП и исследование поведения и свойств этих систем на уровне абстракции.

Сначала рассмотрим системы, которые будем рассматривать как исследуемые проблемы. На рис. 17.2 в качестве примера приведена схема одной из множества исследуемых проблем, а именно: системы управления техно­логическим процессом.

Рис. 17.2. Схема исследуемой проблемы

( на примере системы управления технологическим процессом)

На этой схеме сведения о проте­кании технологического процесса воспринимаются систе­мой датчиков информации 1; информация поступает на вход вычислительной машины регулятора 2, где выраба­тывается воздействие на исполнительные устройства 3, изменяющие параметры технологического процесса. Та­ким образом, существует контур регулирования, состоя­щий из собственно технологического процесса, комплекса датчиков, вычислительной машины и исполнительных устройств. Реальное протекание технологического про­цесса, как правило, зависит от многих факторов: сырье может иметь различное качество, происходит износ эле­ментов оборудования и т. д. Поэтому на основе сведений о протекании технологического процесса и воздействий на него вычислительная машина 4 в соответствии с вы­бранным критерием эффективности рассчитывает программу и параметры ре­гулятора 2, оптимизирую­щие протекание процесса и формирует рекомдации по регулированию протекания технологического процесса. Вычислительная машина 4 может не участвовать в управлении процессом, но тогда, естественно, из-за переменности его харак­теристик критерий эф­фективности не будет удовлетворяться, хотя си­стема останется работо­способной. Для контроля за работой оборудования и для формирования научных рекомендаций по результатам этого контроля принимает участие лицо, формирующее научные рекомендации (ЛФНР) 5. Это же ЛФНР может быть одновременно и лицом, принимающим решение (ЛПР), которое принимает решения в сложной ситуации.