Как правило, проведению экспериментальных исследований предшествуют теоретические исследования. На их основе (на основе теоретических предпосылок, установленных в результате анализа сведений из смежных областей знаний) разрабатывается методика проведения эксперимента, определяются цель и задачи исследований в целом.
Научным работам в области технологии машиностроения в значительной мере присущи экспериментальные исследования. Они составляют обычно основную часть научной работы. Однако в ряде случаев теоретические исследования также могут быть использованы как методический прием решения задачи научного поиска, без последующей экспериментальной проверки.
Вместе с тем эксперимент (опыт) подчас вскрывает новые явления, интересные и неожиданные результаты, не предусмотренные предварительным его планированием.
Понятие "эксперимент" означает научно поставленный опыт или пробу, когда исследователь осуществляет проверку искусственно вызванного им явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за его развитием, управлять им, воссоздавать его каждый раз при сохранении тех же условий.
Известно, что научно поставленный эксперимент может быть осуществлен лишь при наличии теории, которая определяет задачи такого эксперимента, дает объяснение и обобщение его результатов.
В это понятие вкладывается научная постановка опытов и наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явлений и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. Само по себе понятие "эксперимент" означает действие, направленное на создание условий в целях осуществления того или иного явления и по возможности наиболее частного, т.е. не осложняемого другими явлениями. Основной целью эксперимента являются выявление свойств исследуемых объектов, проверка справедливости предположений, гипотез и на этой основе широкое и глубокое изучение темы научного исследования.
Эксперименты различают:
1) по способу формирования условий (естественных и искусственных);
2) по целям исследования (преобразующие, констатирующие, поисковые, решающие);
3) по организации проведения (лабораторные, натурные, полевые, производственные и т.п.);
4) по структуре изучаемых объектов и явлений (простые, сложные);
5) по характеру внешних воздействии на объект исследования (вещественные, энергетические, информационные);
6) по характеру взаимодействия средств экспериментального исследования с объектом исследования (обычный и модельный);
7) по типу моделей, исследуемых вэксперименте (материальный и мысленный);
8) по контролируемым величинам и организации контроля (пассивный и активный);
9) по числу варьируемых факторов (однофакторный и многофакторный);
по характеру изучаемых объектов или явлений (технологические, конструкторские, экономические, лётные, полевые, социологические, экологические и т.п.).
Из числа названных признаков естественный эксперимент предполагает проведение опытов в естественных условиях существования объекта исследования, и в этом смысле он весьма схож с понятием наблюдения.
Искусственный эксперимент предполагает формирование искусственно создаваемых условий (широко применяется в технических науках).
Преобразующий эксперимент включает активное изменение структуры и функций объекта исследования в соответствии с выдвинутой гипотезой, формирование новых связей и отношений между компонентами, объектами или между исследуемым объектом и другими объектами.
Констатирующий эксперимент используется для проверки определенных предложений, их подтверждения или опровержения.
Контролирующий эксперимент сводится к контролю за результатами внешних воздействий на объект исследования с учетом его состояния, характера воздействия и ожидаемого эффекта.
Поисковый эксперимент проводится в том случае, если затруднена классификация факторов, влияющих на изучаемое явление вследствие отсутствия достаточных предварительных данных. Проводится для первичной проверки выдвинутой гипотезы, идеи, технического предложения и т.п.
Решающий эксперимент ставится для проверки справедливости основных положений фундаментальных теорий в том случае, когда две или несколько гипотез одинаково согласуются со многими явлениями.
Лабораторный эксперимент проводится в лабораторных условиях с применением типовых приборов, специальных моделирующих установок, стендов, оборудования и т.д. Чаше всего в лабораторном эксперименте изучается не сам объект, а его образец. Этот эксперимент позволяет доброкачественно, с требуемой повторяемостью изучить изменение одних характеристик при варьировании других, получить хорошую научную информацию с минимальными затратами времени и ресурсов, с привлечением квалифицированных специалистов. Результаты его служат ценным материалом для анализа и обобщений.
Натурный эксперимент проводится в естественных условиях и на реальных объектах.
Простой эксперимент используется для изучения объектов, не имеющих разветвленной структуры, с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих простейшие функции.
Сложный эксперимент изучает явления или объекты с разветвленной структурой и большим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих сложные функции.
Вещественный эксперимент предполагает изучение влияния различных вещественных факторов на состояние объекта исследования.Например, влияние различных добавок на качество стали или свойства СОТС и т.п.
Энергетический эксперимент используется для изучения воздействия различных видов энергии (электромагнитной, механической, тепловой и т.д.) на объект исследования. Такое понятие несколько условно, так как и многие другие эксперименты осуществляются с применением какого-то энергетического воздействия.
Информационный эксперимент используется для изучения воздействия определенной (различной по форме и содержанию) информации на объект исследования.
Обычный эксперимент включает экспериментатора как познающего субъекта, объект или предмет экспериментального исследования и средства (инструменты, приборы, экспериментальные установки), при помощи которых осуществляется эксперимент. В обычном эксперименте экспериментальные средства непосредственно взаимодействуют с объектом исследования. Они являются посредниками между экспериментатором и объектом исследования.
Модельный эксперимент в отличие от обычного имеет дело с моделью исследуемого объекта. Модель входит в состав экспериментальной установки, замещая не только объект исследования, но часто и условия, в которых изучается какой-то объект.
Мысленный эксперимент является одной из форм умственной деятельности познающего субъекта, в процессе которой воспроизводится в воображении структура реального эксперимента.
Материальный эксперимент имеет аналогичную структуру. Однако в материальном эксперименте используются материальные, а не идеальные объекты исследования. Большинство проводимых на практике экспериментов относятся к категории материальных.
Пассивный эксперимент предусматривает измерение только выбранных показателей (параметров, переменных) в результате наблюдения за объектом без искусственного вмешательства в его функционирование (протекание). Он, по существу, является наблюдением, которое сопровождается инструментальным измерением выбранных показателей состояния объекта исследования.
Активный эксперимент связан с выбором специальных входных сигналов (факторов) и контролирует вход и выход исследуемой системы. Он предусматривает вмешательство исследователя в протекание эксперимента и корректировки его хода в соответствии с разработанной программой или заданием.
Однофакторный эксперимент предполагает: выделение нужных факторов; стабилизацию мешающих факторов; поочередное варьирование интересующих исследователя факторов.
Многофакторный эксперимент состоит в том, что варьируются все переменные сразу, и каждый эффект оценивается по результатам всех опытов, проведенных в данной серии экспериментов.
Технологический эксперимент направлен на изучение и разработку технологического процесса, его элементов, метода обработки, технологического оснащения (продукции, оборудования, инструмента и т.д.).
Приведенная классификация экспериментальных исследований не может быть признана полной, поскольку с расширением научного знания расширяется и область применения экспериментального метода. Кроме того, в зависимости от задач эксперимента различные его типы могут объединяться, образуя комплексный или комбинированный эксперимент.