Последовательность организации эксперимента

Для всех видов физических экспериментов последовательность их организации стандартизована и состоит из следующих этапов:

1. Аналитический (литературный) обзор ранее проведенных исследований. Проводится во избежание дублирования уже известных результатов, а также с целью получения информации для отработки методики данного эксперимента. Осуществляется поиском публикаций по теме исследования в реферативных журналах или в Internet’е с последующим изучением первоисточников.
Выбор зависимых переменных (откликов). Количество откликов должно быть достаточным для полного описания поведения объекта в аспекте данного исследования. Отклики должны быть однозначными, количественными и иметь ясный физический смысл. Однозначность необходима для предотвращения неопределенности при постановке эксперимента. Например, параметр «пластичность», характеризующий способность металла остаточно деформироваться без разрушения, является неоднозначным (и не количественным), т.к. разные металлы по разному испытываются на пластичность. Для хрупких металлов однозначным параметром является относительное удлинение, а для пластичных – относительное сужение. Количественность означает возможность измерения данного параметра посредством сопоставления его величины с эталоном. Качественные параметры в технике не имеют большой ценности, т.к. обычно несут незначительное количество информации. Ясный физический смысл параметра необходим при интерпретации результатов эксперимента. Физически бессмысленными часто оказываются безразмерные критерии подобия в модельных экспериментах, что не позволяет понять механизм исследуемого явления.
2. Выбор независимых переменных (факторов). Как и отклики, факторы должны быть однозначными, количественными и иметь ясный физический смысл. Однако при их выборе нет таких жестких ограничений по количеству, как при выборе откликов. В идеале эксперимент должен учитывать все факторы, влияющие на данный объект исследования. Но таких факторов всегда оказывается слишком много (теоретически – бесконечно много), что существенно затрудняет проведение эксперимента. Практически, однако, далеко не все факторы существенно влияют на отклики. Влияние большинства оказывается меньшим, чем требуемая точность эксперимента. Такие факторы называются несущественными и их следует отсеивать, т.е. исключать из эксперимента. Чтобы вместе с несущественными не потерять и существенные факторы, рекомендуется следующая процедура:
   • записать все факторы, которые в принципе могут влиять на отклик;
   • ранжировать их, т.е. расположить по убыванию степени влияния на отклик, используя априорную (доопытную) информацию из аналитического обзора или специальных отсеивающих экспериментов;
   • отобрать несколько первых, наиболее существенных факторов, исходя из компромисса между требованием полноты будущей математической модели и имеющимися у исследователя возможностями.
   Полнота модели может быть проверена после окончания эксперимента расчетом множественного коэффициента корреляции.
3. Приведение переменных процесса к безразмерному виду. Процедура обязательная для модельных экспериментов и желательная – для натурных, т.к. увеличивается общность результатов исследования.
4. Составление плана эксперимента. Только для активных экспериментов.
5. Проведение эксперимента.
6. Статистическая обработка экспериментальных данных. Процедура, в результате которой устанавливаются точность и достоверность полученных данных, а также качество найденной математической модели объекта исследования.
7. Интерпретация (истолкование) результатов эксперимента. Необходима для выяснения механизма функционирования объекта исследования. Это дает более глубокое понимание данного явления и часто наталкивает на открытие новых, ранее не известных закономерностей.