По числу переменных эксперименты классифицируются на одно- и многофакторные: при однофакторных изменению и регистрации подлежит один фактор (одна независимая переменная), при многофакторных – несколько факторов или независимых переменных.
Объекты исследований в экспериментах делятся на статистические и детерминированные, управляемые и неуправляемые.
В статистических объектах отклик (случайная зависимая переменная у) находится в стохастической связи со случайными или неслучайными факторами х1, х2,..., хn.
Для детерминированных объектов характерны функциональные связи между неслучайными величинами, когда каждому значению аргумента соответствует строго определённое значение функции.
Управляемость объекта определяется возможностью воспроизведения на нём результатов опыта. Для проверки этого свойства можно провести эксперимент при некоторых выбранных уровнях исследуемых факторов, а затем повторить его несколько раз через неравные промежутки времени и сравнить результаты.
Воспроизводимость результатов характеризуется разбросом их значений. Если он не превышает некоторой заранее заданной величины (требований к точности эксперимента), то объект удовлетворяет требованию воспроизводимости результатов эксперимента.
Экспериментальные исследования классифицируют также на качественные (с целью установления только факта существования явления) и количественные, лабораторные и промышленные. В последнее время всё большее распространение получают автоматизированные экспериментальные исследования.
Различают также эксперименты:
отсеивающие, сравнительные (сравнение двух или нескольких объектов и выбор лучшего из них по заданным критериям качества);
экстремальные (отыскание экстремума функции отклика, по которому оптимизируются параметры объекта или режимы протекания процессов посредством автоматического управления);
описательные (определение механизмов явлений и характера протекания процессов для их анализа и последующей постановки задач синтеза) и эксперименты по составлению диаграмм состояния (вариант описательных экспериментов).
Разновидностью экспериментальных исследований могут быть и различного рода испытания: предварительные заводские испытания опытного образца, приёмочные испытания доработанных образцов, подготавливаемых к массовому выпуску (из опытной партии или установочной серии); контрольные испытания при массовом производстве машин и испытания образцов после капитального ремонта. На всех этапах испытаний выполняются разнообразные технологические, эксплуатационные и технические эксперименты, предусмотренные программами испытаний по различным видам оценок. По результатам испытаний принимаются решения о проведении доработки машин, улучшении их агрегатирования с энергетическими средствами, выпуске опытных партий для проверки и постановки на производство.
При всём необъятном многообразии целей, которые может поставить перед собой исследователь, задачи эксперимента, как правило, можно отнести к одному из указанных ниже типов:
задача измерения некоторой величины при фиксированных условиях (для получения справочных данных, которые потом будут использованы в теоретических или конструкторских расчётах);
задача проверки гипотезы (подтвердить или опровергнуть) с помощью эксперимента ту или иную теорию; доказать, что изделия, выполненные по новой технологии, превосходят по своим параметрам старые образцы; выявить факторы, влияющие на интересующую нас величину, например, срок службы прибора; обнаружить связь между различными характеристиками объектов (или подтвердить отсутствие такой связи) и другое); задачи такого рода решаются по алгоритму статистической проверки гипотез;
задача выяснения механизма явления;
задача оптимизации (типичная задача конструкторских и технологических разработок);
динамические измерения;
классификация наблюдений, или распознавание образов.
Некоторые из перечисленных типов задач могут быть как конечной целью эксперимента, так и промежуточным этапом при решении задач более «высокого» уровня.