 |
Исследовательскую работу проводят в определенной последовательности. Фундаментальные и прикладные исследования имеют общие особенности и их выполняют обычно в шесть этапов (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 – Схема выполнения научного исследования
Постановка проблемы и формулирование темы исследования. В рамках этого этапа происходит ознакомление с проблемой, в рамках которой предстоит выполнить исследование. Производится предварительное ознакомление с литературой, формулируется тема исследования, разрабатывается техническое задание (ТЗ) и составляется календарный план выполнения НИР, определяется ожидаемый экономический эффект и составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО).
Этот этап исследований иногда называют подготовительным. Итогом его является составление технико-экономического обоснования НИР. В нем обосновывается актуальность и целесообразность выполнения работы, доказывается новизна и патентная чистота, а так же определяются необходимые затраты денежных средств и материальных ресурсов, назначаются сроки выполнения исследования, составляется календарный план решения проблемы, рассчитывается ожидаемая экономическая эффективность; устанавливается возможная область применения и потребность в результатах НИР. ТЭО оформляется в виде пояснительной записки с приложением к ней всех необходимых документов и расчетов (ТЗ, отчет о патентных исследованиях, расчет экономической эффективности).
Формулирование цели и задач исследований. Цели и задачи исследований формулируются на основе подробного анализа современного состояния рассматриваемой проблемы. Подбирается литература и составляется библиографические списки отечественных и зарубежных источников (монографий, учебников, статей и др.). Изучаются научно-технические отчеты о НИР, выполненные другими организациями. Составляются аннотации источников, обзоры, анализы, рефераты и экспресс – информации, делается классификация основных направлений. Прорабатываемая информация анализируется, сопоставляется, критикуется и обобщается в виде анализа состояния вопроса. На основе анализа ставятся конкретные цели и задачи исследования. Далее осуществляется выбор метода исследования, разрабатывается календарный план выполнения работ и составляется методика исследований.
|
|
Методика исследований является обязательным звеном при выполнении НИР. Она во многом обеспечивает соблюдении сроков работ и успешное их завершение. В зависимости от видов работ (лабораторные, полупромышленные, промышленные) методика может быть общей или частной. Содержание методики должно полностью соответствовать задачам исследований.
Теоретические исследования. Следующие этапы исследований сводятся к выполнению поставленных задач. Чаще всего в фундаментальных и прикладных исследованиях используется математическое и физическое моделирование, или, иными словами, теоретические и экспериментальные исследования, которые могут выполняться в различных сочетаниях, что зависит от темы и объекта исследований.
Теоретические исследования включают в себя несколько подэтапов. К ним относятся, прежде всего, составление математической модели исследуемого процесса (явления) на основе сформулированной гипотезы или использование готовой модели с учетом новых факторов. При этом для удобства решения и представления полученных результатов математическое описание явления чаще всего выполняется в безразмерных единицах на основе теории подобия.
|
|
Далее осуществляется выбор метода решения (аналитического или приближенного) с учетом требуемой точности, затрачиваемого времени, материальных затрат, простоты вычислений. Вычислительный эксперимент позволяет получить результаты исследования в виде числовых данных, которые затем подвергаются обработке. Расчеты осуществляют, как правило, с помощью ЭВМ. В результате теоретических исследований получают расчетные уравнения, графики и номограммы, характеризующие закономерности изучаемого процесса. Следует отметить, что при проведении расчетов и обобщений полученных результатов рационально применять теорию подобия и теорию планирования эксперимента.
Экспериментальные исследования. Для изучения физической сущности явления (процесса) часто еще на стадии формирования гипотезы и разработки математической модели возникает необходимость в поисковых экспериментах, так называемом физическом моделировании. Оно может выполняться на модельной установке или в натуральных условиях. Эксперименты проводятся с учетом основных положений теории подобия физических явлений.
Предварительные эксперименты, кроме того, позволяют определить геометрические размеры установок или параметры изучаемого явления, установить основные влияющие факторы и их диапазон изменения, наметить необходимые измерения и подобрать аппаратуру. На этом этапе исследований обязательным является разработка частных методик и программ работ; выполняется кропотливый и зачастую трудоемкий объем работ по конструированию приборов, макетов, аппаратов, моделей, стендов, установок и других средств проведения экспериментов; обосновываются способы измерений, и составляется программа проведения основного эксперимента.
|
|
Выполнение эксперимента может осуществляться по обычной схеме в виде перебора влияющих факторов или с использованием теории планирования эксперимента. После выполнения всей программы исследований производиться проверка правильности полученных результатов. Данные эксперимента представляются в виде уравнений (чаще всего в безразмерных единицах), затем оценивается погрешность расчета по ним. На всех этапах физического моделирования широко применяются ЭВМ: для управления экспериментом; обработки результатов измерений; обобщения результатов и пр.
Анализ и оформление научных исследований. В рамках этого этапа производится сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследования; дается анализ расхождений; уточняется теоретическая модель, и производятся в случае необходимости дополнительные эксперименты. На этой стадии исследований рабочая гипотеза превращается в теорию. На основании полученных результатов формулируются научные и производственные выводы. Конкретными результатами НИР могут быть уточнение математической или физической модели явления, разработка новой методики расчета, новой теории, рекомендации по совершенствованию машин и установок, подготовка данных для выполнения опытно-конструкторских работ. По итогам исследований оформляется отчет о НИР.
Внедрение и определение экономической эффективности. Завершается научно-исследовательская работа внедрением результатов исследований в производство и определением экономической эффективности от их пользования.
Для доведения результатов НИР к внедрению выполняются опытно-технологические или опытно-конструкторские разработки, которые включают в себя следующие этапы (рис. 2.3):
а) формулирование темы, цели и задач исследований;
б) изучение литературы, проведение исследований (в случаях необходимости) и подготовка к техническому проектированию экспериментального образца;
в) техническое проектирование, которое состоит в разработке вариантов технического проекта, выполнение необходимых расчетов; разработке чертежей, изготовлении отдельных узлов, блоков и анализе их работы; разработке и согласовании технического проекта; технико-экономическом обосновании проекта;
г) рабочее проектирование, которое заключается в разработке со всеми деталями рабочего проекта;
д) изготовление опытного образца: анализ и контроль технической документации; проектирование технологических процессов; разработка технологических карт; составление проекта организации работ; изготовление деталей, блоков и узлов опытного образца, их сборка; опробование, доводка и регулировка опытного образца. Стендовые и производственные испытания;
е) доработка опытного образца: анализ работы отдельных узлов опытного образца и их замена;
ж) государственные испытания: передача образца специальной комиссии на государственные испытания.
Общий цикл работ, начиная с фундаментальных исследований и заканчивая серийным выпуском продукции, составляет от 5 до10 лет в зависимости от масштабности работы и уровня организации работ. Перед наукой стоит задача сокращение длительности этого цикла, но сделать это без существенных инвестиций невозможно.
Рисунок 2.3 – Схема выполнения 
опытно-конструкторских работ