Физикалық ұқсастық және үлгілеу

Қойылған мақсат жүзеге асады:

1) табиғи үлгілеуде (М), нысанаға зерттелетін, өзгеріс енгізбей және арнаулы қондырма жасамай (өндірістік эксперимент); табиғи өтетін жеке үрдістер немесе құбылыстар туралы мағлұматтар қорытылу арқылы жасалған үлгілеуде, т.б.;

2) арнаулы үлгілер және стенттерде.

Физикалық үлгісі (мысалы, қуат жүйесінің) физикалық нақты жүйесінің кішкентай көшірмесін көрсетеді. Әрбір үлгінің нақты мақсаты көрсетіледі, ол оның көмегімен шешіледі.

Мұндай зерттеуді өткізу үшін үлгі жасау кажет, оның параметрі ұқсас түпнұсқа өлшемдеріне.

Белгілі өлшемдер арқылы таңдауға мүмкіндік береді, онда міндет қою және жабдықтау мүмкіншілігі есептеледі.

Ұқсастық және үлгілеу

Егер ені салыстырмалы жүйедегі кұбылыстардың табиғаты әр түрлі болса, бірақ кейбір ең қызық үрдістер осы зерттеулерде, екі жүйеде.

Жүретін, біркелкі дифференциалды теңдеулермен жазылған онда айтуға болады, бір жүйе тура ұқсау үлгісі екіншісінің (құрылымдық үлгілеу ұқсастың үлгілеудің бір түрі, ондағы дифференциалды теңдеу, физикалық үрдісті көрсететін, жеке бөлшектермен белгіленген).

Математикалық ұқсастық және үлгілеу

Сандық ЭВМ, әртүрлі үрдістерді үлгілейтін, екі негізгі бағытта қолданылады. Бірінші-табиғи уақытта жүретін үрдістерді үлгілеу, онда есептеу мәліметтері ЭВМ-ға оқыту жүйесінен түседі немесе басқаруды қажет ететіннін.

Екінші бағытта (мысалы, болжау, жоспарлау, жобалау есептерін шығару), осы үрдісті үлгілеудің қажеттілігі жоқ, бүл үрдістерді үлгілеуде тездетуге болады.

ЭВМ үлгілеу құрылғы емес, ЭВМ қандай да болмасын қызметті есептейді, өңдейді, сақтайды және ақпарат береді, формальды үлгі жасайды-есептеу қызметінің алгоритмы.

Ақпарат өңдейтін алгоритмдердің жалпы сипаты болды қажет, бұл және есептің шығару жолы емес, қорытынды ұқсас есептердің біртұтас тобын шығару, біртұтастығы ұқсас теория әдістерімен анықталды.

Құбылыстардың әртүрлі сипаттамасын үлгілеу негізінде алғанда, түпнұсқалар мен үлгілердің нәтижелерінің айырмашылығындағы факторларды ескеру керек. Бұл факторларға дәлсіздіктер жатады, түпнұсқа параметрлерінің тәжірибе немесе анықтамасымен шартталған, үлгі өлшеміне енген және үлгі параметрінде қайталанған (бұл дәлсіздіктерді кейбір қосынды дәлсіздіктерге ұксас өлшемдердің кайталануынан); тәжірибе жүргізгендегі өлшеулердің қателері (бұл қателер азаяды өлшеулерді көп ретқайталаса, дәл құралдарды тандаса). Басты үрдіске әсер ететін үлгідегі факторлардың толық есепке алынбауы (дәл үлгілеудің орнына жақындатып жасау).

Нақты жүйенің эксперимент зерттеулердің нәтижесінің дәлдігі, физикалық үлгілердің тәжірибелері, ұқсас есептеу машиналарда (¥ЕМ) үлгілеу жұмыстары және өңдеу жүйесінің сандық есебін шығару, зерттелген үрдістің сүреттелуі, әртүрлі бағалануы қажет.

Әдетте тәжірбиелік қосымшаларда үлгілеу нәтижесінің дәлдігін бағалау, тәжірбие қателерін есепке ала отырып және ұқсайтын өлшем қайталануы екі міндетке тіреледі: ұқсас өлшемнің стохастикалық түрінің әсерін бағалау және дәлдік орнына жақындаған үлгілердің іске асыру қателігін бағалау.

Ұсынылатын әдебиет: [2,3].
4 Тақырып – Эксперимент әдістемесі

Жоспар

1 Эксперименттің топтасуы, түрлері және міндеттері.

2 Эксперименттік зерттеуді метрологиялық қамтамасыз ету.

3 Эксперимент жүргізуінің жұмыс орны және оны ұйымдастыру.

4 Эксперимент жүруіне және сапасына психологиялық факторлардың әсері.

5 Есептеу эксперименті.

Ғылыми зерттеулердің аса маңызды бөлігі эксперимент, оның негізі ғылыми қойылған тәжірибе, дәл ескерілген және басқарылған шарттармен. Эксперимент сөзі латын experimentum – сынама, тәжірибе. Эксперимент түсінігіне тәжірибенің ғылыми қойылымы және зерттейтін құбылыстың дәл ескерілген шартта бақыланды, құбылыстың жүруін бақылауға мүмкіншілік береді және осы жағдайларды қайталаған сайын оны қайта жасау.

Экспериментінің негізі мақсаты зерттелетін нысаналардың қасиеттерін айқындау, болжамдар әділдігін тексеру және осы негізде ғылыми зерттеудің тақырыбын кеңінен және терең зерделеу.

Шарттар қалыптастыру әдістері бойынша эксперименттер бөлінеді: (табиғи және жасанды); зерттеу мақсаты бойынша (өзгертуші, анықтаушы, бақылаушы, ізденуші, есептеуші); өткізуін ұйымдастыруы бойынша (зертханалық, табиғи, далалық, өндірістің т.б.); зерделенген нысана мен құбылыстың құрылымы бойынша (дара,күрделі); зерттеу нысанасына сырт әсердің сипаты бойынша (заттың, қуаттық энергетикалық, ақпараттық); эксперименттік зерттеудің құралы мен зерттеу нысанасының қарым-қатынасының сипаты бойынша (қарапайым, үлгілі); экспериментте зерттелетін үлгілердің түрі бойынша (материалдық, ойлы); бақыланатын шамал бойынша (белсенді, енжарлы); факторлар саны бойынша (бірфакторлы, копфакторлы); зерделенген нысана немесе құбылыстардың сипаты бойынша (технологиялық, социометриялық) т.б.

Кез келген түрлі эксперимент жүргізу үшін: бақылауға жататын болжам дайындау; эксперименттік жұмыстардың бағдарламасын жасау; зерттеу нысанасына кірісу жолдарын және әдістерін анықтау; эксперименттін жұмыстардың іске асыру жағдайын жүзеге асыру: эксперимент жүрісі мен нәтижесін байқау жолдары мен әдістерін жасау; эксперимент құралдарын дайындау (құрал, қойылып, үлгі т.б.); экспериментке қажетті қызмет көрсететін персоналмен қамтамасыз ету.

Эксперимент әдістелелерін дұрыс дайындаудың ерекше маңызы бар. Әдістеме-бұл ойлау және физикалық операциялардың жиынтығы, белгілі тізбекте зерттеу мақсатына жетуге сәйкестеп.

Орналасқан эксперимент жүргізу. Әдістемелерін жасағанда ескеретін жағдайлар: бастапқы мәліметтерді анықтау мақсатымен зерттелетін нысанаға алдын ала бақылау жүргізу (болжамдар, факторлар таңдау); эксперименттеуге мүмкіндігі бар жағдай туғызу (эксперименттің әсерге нысана таңдау, кездейсоқ факторлардың әсерін жою); өлшем шектерін анықтау; зерделеу құбылысының дамуын жүйелі түрде бақылау және фактілердің дәл жазылуы; әртүрлі әдіс, құралдармен фактілерді бағалау және өлшеу тіркеуін жүргізу, қайталау жағдайлар туғызу, шарттар сипатын өзгерту және қиылыс әсер жасау, бұрын алынған мәліметтерді растау немесе жоққа шығару мақсатымен күрделенген жағдайлар туғызу; эмпирикалық зерделеуден ойлау қорытындаларға көшу, алынған нақты материалды теориялық өңдеу және талдау.

Әрбір экспериментің алдында жоспар құрылады, ол қамтамасыз етеді: экспериментің мақсаты мен міндеттерін; факторларды таңдауды; эксперимент көлемін негіздеуді, тәжірибе саны; тәжірибелерді өткізу тәртібі, факторлар өзгерісінің тізбегін анықтауды; факторлар өзгерісінің қадамын таңдауды, келешек эксперименталды нүктелер арасындағы тапсырмалар интервалы, өлшеу құралдарын негіздеуді, эксперимент жүруінің барысы; экспериментің өңдеу әдістерін және нәтижесін талдау.

Әдістеменің маңызды бөлімі – бұл эксперимент мәліметтерін талдау және өңдеу тәсілдерін таңдау. Мәліметтерді өндеуге барлық сандарды жүйелеу, топтастыру, талдау жатады. Эксперимент нәтижелері жазудың оқуға ыңғайлы түріне жинақталу керек еместер, графиктер, формалалар, номограммалар.

Барлық шамалар біртұтас физикалық шама бірлігінің жүйесінде бағалануы тиіс.

Әдістемені жасап және бекіткеннен кейін эксперименттің зерттеулердің көлемі және еңбек сыйымдылығы белгіленеді, олар теориялық жұмыстың тереңдігіне, өлшеу құралдарының дәлдік дәрежесіне байланысты болады. Эксперименті жұмыстардың көлемі анықталғаннан кейін, өлшеу құралының қажетті тізімі, материалдар көлемі,орындаушылар тізімі, күнтізбелік жоспар және шығын схемасы жасалады.

Эксперименттік зерттеуді метрологиялық қамтамасыз ету

Эксперименнтік зерттеуде өлшеу маңызды орын алады. Өлшеу мәнісі өлшенетін шаманы белгілі шамамен әтолонмен салыстыру. Өлшеу теориясы мен іс-тәжірибемен метрология өлшеу, әдістері бірлік, қамтамасыз ететін құралдары және дәлділікті қажет ететін әдістері туралы ғылым.

Өлшеу әдістері тура және жанама деп бөлінеді, тура өлшеуде шаманы іс-тәжірибеден, ол жанамада – тура өлшеумен анықталған басқа шамалардан алады.

Соңымен қатар абсалютті және салыстырмалы өлшеулер болады. Абсалютті өлшенетін шама берілгендегі тура өлшеулер. Салыстырмалы – өлшенетін шамалар талмыш шамаға қатысы, бірлік рөлін ойнайтын немесе бұл шаманы аталмыш шама қатысына қарай өлшеу.

Өлшеудің бірнеше әдістері бар: бағалау әдісі, салыстыру, қарама-қарсы қою әдісі дифференциалді, орын әдісі, бастыру әдісі, тура келу әдісі.

Эксперименттік алып тастамайтын бөлігі өлшеу құралдары, техникалық құралдардың жиынтығы, нормальді қателері бар, эксперимент жүргізуге қажетті ақпаратты беретін.

Өлшеу аспабы эксперимент жүргізуге ыңғайлы түрде зерделенген шама туралы анықталған ақпарат алуға арналған өлшеу құралын айтады.

Өлшеу аспаптары дәлдік және қателік шамасын сипаттайды. Өлшеу тұрақтығымен және сезімталдығымен. Аспап қателері абсалютті және салыстырмалы болады:

Салыстырмалы қателік мынадай формуламен анықталады:

Аспаптың негізгі сипаттамасы, оның дәлділігі, қосыныды кателіктермен сипатталатың. Барлық елшеу құралдары дәлдікке мерзімді тексеруден өтеді. Ең кенінен тараған тексеру әдісі салыстыру әдісі. Оның мәнісі бір шаманы өлшеу тексерілетін үлгі аспаптарын және салыстыру.

Жұмыс орны деп кеңістігінің бөлімі эксперимент жүргізуші зерттеулер жүргізетін зертхана.

Зертхана деп арнаулы жабдықталған эксперименттер жүргізетін орынды айдады. Негізгі зертханалардың 3 түрі болады: қозғалмалы, станцонарлы, жүрісті.

Станционары зертхананың жұмыс орны арнаулы жұмыс үстелімен жабдықталады. Зерттеуші зертханада жауапты жұмысты орындайды, оған зерттеу міндетінің дұрыс шешілуін байқайды. Сондықтан эксперимент жүргізгенде мұқият ұқыпты болу керек. Барлық жолдаулар, анықтаулар, бақылаулар арнаулы журналға жазылады. Онда эксперимент жүрісінің барлық факторлары жазылады. Экспериментті жүргізгенде орындаушы өлшеу құралдарын аппарат және қондырғы орнатылған, олардың көрсеткіші дұрыстығы қоршаған ортаның сипатын үздіксіз бақылап отыруы керек, бөтен адамдарды жұмыс орнына кіргізбейді. Орындаушы жүйелі түрде өлшеу құралдарын тексеру міндетті.

Орындаушы өлеулер жасауымен бірге нәтижелерді алдын ала өндейді және талдайды. Эксперимент жұмыстар кезінде қауіпсіздік техникасы нұсқау талабын, өрттің алдын алуды сақтау қажет. Өлшеулер нәтижесі әртүрлі зерделеу сұрақтары үшін сипаттама бойынша кестеге түсіріледі, сенімсіз сандар мұқият зерттеледі. Тәжірибе мәліметтерін өндеу жасайтын дәлдік анықтары салыстырылады.

Келесі кезең – эксперимент талдау мұнда фактрлер, үрдіс жұмысының себептері , эксперимент және болжалдық барлығы жасалады. Эксперимент нәтижелері хататмаға толтырылады.

Өлшеу қабілеттеріне, аспап дәлдігінен басқа өлшеу құралы және әдістердің жетілділігіндегі эсер етеді. Тәжірибе жүргізудің мұқияттылығы, жетіспеушілігі тәжірибе кезіндегі әртүрлі есептелмеген факторлардың әсері, Өлшеу қателері жүйелі және кездейсоқ болады. Жүйелі қателер эксперимент қайталанғандаға тұрақты қателер. Кездейсоқ қателер эксперимент жүргізушінің қателеріне байланысты. Талдау кезінде оларды алып тастайды және ескермейді.

Жүйелі қателерді аспаптық және субьективті деп бөлінеді.Жүйелі қателерді міндетті түрде өлшеу құралын жөндеу, қойылымды мұқият тексеру, сыртқы ортаның керекгісіз әсерін жою арқылы қателердің арасында ерекше орын алатын субьективті, психологиялық себептер. Мысалы, жүргізуші эксперименттің күтпеген нәтижесін бұрынғы көріністер бойынша түсініп, немесе эксперименттің мәліметтердің ойдан алуы, бұрыңғы болжамды бекіту үшін.

Сонымен, қорыта келе эксперименттің барлық нәтижесі сынаулы қабылдануы және көп рет тексерілуі керек.

Есептегіш эксперимент деп методология және технология зерттеулері, қолданбалы математика және ЭВМ қолдануына негізделген, математикалық үлгілеуді пайдаланғанда техникалық база ретінде. Есептегіш эксперимент зерделеу нысанасының математикалық үлгілеуін жасауға негізделген, олар кейбір ерекше математикалық құрылым көмегімен қалыптасқан, әртүрлі экспериментің жағдайда нысана қасиеттерін көрсетуге қабылетті. Есептегіш экспериментің технологиялық циклі келесі кезеңдерге бөлінген:

1) Зерттейтін нысанаға үлгі құрылады, әдетте алдымен физикалық: әділ қайда алынған нәтижелері бір уақытта үлгінің қолдану шарттары және жіберілімдер шекаралар, қалыптасады.

2) Қалыптасқан математикалық үлгілеудің есептеу әдісі жасалады, әдетте алгебралық формулалар жиынтығы түрінде, оларді есептегіш алгоритм дейді.

3) ЭВМ есептер шығару бағдарламасы және алгоритм жасалады.

4) ЭВМ есептеу жүргізіледі.

5) Есептеу нәтижесін өңдеу, талдау және қорытындылау.

Ұсынылатын әдебиет: [1,3].

1 Эксперименталды қателіктер.

2 Қателіктердің шығу тегі.

3 Кездейсоқ қателер теориясының негізі және өлшеудегі кездейсоқ қателерді бағалау әдістері.

4 Өлшем нәтижелерін графикалық өңдеу әдістері.

5 Эмпирикалық формулаларды іріктеу әдістері.

6 Регрессионды талдау.

7 Теоретикалық шешімдердің адекваттылығын бағалау.

Өлшеу қабілеттеріне, аспап дәлдігінен басқа өлшеу құралы және әдістердің жетілділігіндегі эсер етеді. Тәжірибе жүргізудің мұқияттылығы, жетіспеушілігі тәжірибе кезіндегі әртүрлі есептелмеген факторлардың әсері, Өлшеу қателері жүйелі және кездейсоқ болады. Жүйелі қателер эксперимент қайталанғандаға тұрақты қателер. Кездейсоқ қателер эксперимент жүргізушінің қателеріне байланысты. Талдау кезінде оларды алып тастайды және ескермейді.

Жүйелі қателерді аспаптық және субьективті деп бөлінеді.Жүйелі қателерді міндетті түрде өлшеу құралын жөндеу, қойылымды мұқият тексеру, сыртқы ортаның керекгісіз әсерін жою арқылы қателердің арасында ерекше орын алатын субьективті, психологиялық себептер. Мысалы, жүргізуші эксперименттің күтпеген нәтижесін бұрынғы көріністер бойынша түсініп, немесе эксперименттің мәліметтердің ойдан алуы, бұрыңғы болжамды бекіту үшін.

Сонымен, қорыта келе эксперименттің барлық нәтижесі сынаулы қабылдануы және көп рет тексерілуі керек.

Математикалық қателіктің жүйелік сипаты элементарлы, сондықтн бұны қарастырудың еш қажеті жоқ, ал жүйелік қателік калибровка немесе жөндеу арқылы жойылады және де оның бар болуын және мүмкін әсерін алдын ала білуге болады.

Кездейсоқ қателік әлдеқайда диындау болйып келеді.

Кездейсоқ қателер теориясының негізі және өлшеудегі кездейсоқ қателерді бағалау әдістері

Кездейсоқ қателерді талдау кездейсоқ қателер теориясына негізделеді. Кездейсоқ қателер теориясының негізінде мына ұсыныстар жатыр өлшеу саны көп болса кездейсоқ қателер біркелкі шамада, әр түрлі белгілі біркелкі жиі кездеседі; үлкен қателер кішілерден сирек кездеседі; өлшеудің шексіз көп санында өлшенетін шаманың нақты мәні өлшеудің барлық нәтижесінің орта арифметикалық мәніне тән, ал өлшеудің басқадай нәтижесін кездейсоқ сияқты заңмен қарастырылады.

Кездейсоқ қателер теориясы берілген мөлшердегі өлшеудің өлшеу нақтылығы және сенімділігі бағаланады немесе өлшеудің аз мөлшерің анықтау, өлшеудің нақтылығы мен сенімділігіне талап ететін кепілдік беру.