Организация научных исследований IV

- Классификация методов моделирования
- Математическое и физическое моделирование

- Критерии подобия и масштабы моделирования
- Алгоритмическая и программная реализация моделей
- Проверка адекватности моделей.
2. Анализ результатов исследований
- Текстовое, табличное и графическое представление результатов исследования и их анализа
- Анализ значимости полученных результатов, выявление закономерностей
- Факторный анализ
3. Реализация результатов исследования
- Формы представления результатов исследования
- Опубликование результатов
- Структура научного отчета
- Внедрение результатов научных исследований
- Конструкторская документация, технологический регламент, технические условия на продукт разработки
- Планирование дальнейших исследований

или изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели.
Модель – представление

объекта, системы или понятия (идеи) в некоторой форме, отличной от формы их реального существования.

Польза от моделирования достигается при соблюдении следующих условий:
- модель адекватно отображает свойства оригинала, существенных с точки зрения цели исследования;
- модель позволяет устранять проблемы, присущие проведению измерений на реальных объектах.

Основные подходы при моделировании процессов и систем:
1. Классический (индуктивный) рассматривает систему путем перехода от частного к общему, т.е. модель системы синтезируется путем слияния моделей ее компонент, разрабатываемых отдельно.
2. При системном подходе предполагается последовательный переход от общего к частному, когда в основе построения модели лежит цель исследования Подобие процесса, протекающего в модели реальному процессу, является не целью, а лишь условием правильного функционирования модели.

Моделирование

его модель невозможно. Если информация полная, то моделирование лишено смысла.

Должен существовать некоторый критический уровень априорных сведений об объекте (уровень информационной достаточности), при достижении которого может быть построена его адекватная модель.
2. Принцип осуществимости
Модель должна обеспечивать достижения поставленной цели с вероятностью отличной от нуля и за конечное время.
3. Принцип множественности моделей
Создаваемая модель должна отражать те свойства моделируемой системы или процесса, которые влияют на выбранный показатель. При помощи конкретной модели можно изучить лишь некоторые стороны реальности. Для более полного ее исследования необходим ряд моделей, позволяющих разносторонне и с разной степенью детальности отражать рассматриваемый объект или процесс.
4. Принцип агрегирования
Сложную систему обычно можно представить состоящей из подсистем для описания которых используются стандартные схемы.
5. Принцип параметризации
Моделируемая система может иметь относительно изолированные подсистемы, которые характеризуются определенным параметром. Такие подсистемы можно заметить в модели соответствующими числами, а не описывать процесс их функционирования. Следует помнить, что параметризация снижает адекватность модели.

Принципы моделирования

быть одноцелевые модели (для решения одной задачи) и многоцелевые, позволяющие

рассмотреть ряд сторон функционирования реального объекта.
2. Сложность, которая оценивается по общему числу элементов в системе и связей между ними.
3. Целостность, определяемая тем, что модель является одной целостной системой, включающей в себя большое число элементов, находящихся в сложной взаимосвязи друг с другом.
4. Неопределенность, которая проявляется по состоянию системы, по методам решения поставленных задач, по достоверности исходной ин формации и т.д. Основной характеристикой неопределенности служит такая мера информации, как энтропия, которая в ряде случаев позволяет определить количество управляющей информации, необходимой для достижения заданного состояния системы.
5. Адаптивность – свойство высокоорганизованной системы. Благодаря ей система приспосабливается к различным внешним возмущающим факторам. Применительно к модели существенно изучение ее поведения в изменяющихся условиях, близких к реальным.

Свойства моделей

совершенства средств моделирования. Необходимо, чтобы оптимально сочетались комплекс технических средств,

информационное и программное обеспечение, Организация процесса моделирования.
7. Управляемость модели, подразумевающая возможность (влияния) (целенаправленного) со стороны экспериментатора на работу модели. Этой цели служат управляемые параметры и переменные модели, возможность интерактивного режима работы модели и т.п.
8. Возможность развития модели как с точки зрения расширения спектра изучаемых функций, так и в смысле увеличения числа подсистем модели. 

случайных воздействий и, как следствие, возможны точные решения.
стохастическое – учитываются

случайные факторы, влияющие на работу моделируемой системы.
 
II. По признаку развития процессов во времени:
статическое – описание моделируемой системы в какой – либо конкретный момент.
динамическое – отражает поведение объекта во времени.
 
III. По представлению информации в модели:
дискретное, непрерывное, дискретно–непрерывное.

IV. По характеру моделируемых объектов;
V. По сферам приложения моделирования (моделирование в технике, в физических науках, в химии, моделирование процессов живого, моделирование психики и т. п.)
VI. По уровням («глубине») моделирования (моделирования на микроуровне, и т.д.)

Классификация видов моделирования

физические, динамические или функциональные характеристики объекта, - например, модель моста,

плотины, крыла самолета и т.д.)
2. Аналоговое моделирование (модель и оригинал описываются единым математическим соотношением, - электрические модели, используемые для изучения механических, гидродинамических и акустических явлений)
3. Символическое моделирование, при котором в роли моделей выступают схемы, чертежи, формулы.
4. Мысленное моделирование, при котором модели приобретают мысленно наглядный характер (например, модель атома Бора).
5. Физическое моделирование (включение в эксперимент не самого объекта, а его модели, в силу чего последний приобретает характер модельного эксперимента на специальных установках, имеющие физическое подобие).
VIII. По характеру стороны объекта, подвергающейся моделированию
- моделирование структуры объекта
- моделирование его поведения (функционирования протекающих в нем процессов и т. п.)
IX. По хаpактеpу воспpоизведения стоpон оpигинала:
- субстанциональные
- стpуктуpные
- функциональные
- смешанные

данному реальному объекту некоторого математического объекта, называемого математической моделью.

Формы записи

математических моделей:
Инвариантная - запись соотношений модели с помощью традиционного математического языка безотносительно к методу решения уравнений модели. Модель может быть представлена как совокупность входов, выходов, переменных состояния и глобальных уравнений системы.
Аналитическая - запись модели в виде результата решения исходных уравнений модели. Модели в аналитической форме представляют собой явные выражения выходных параметров как функций входов и переменных состояния.
Алгоритмическая - запись соотношений модели и выбранного численного метода решения в форме алгоритма.
Схемная (графическая).

имитации физических или информационных процессов при различных внешних воздействиях.

В модели

воспроизводится алгоритм функционирования системы во времени - поведение системы, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания.

Комбинированное (аналитико-имитационное) моделирование позволяет объединить достоинства аналитического и имитационного моделирования. При построении моделей производится декомпозиция процесса функционирования объекта на составляющие подпроцессы, и где это возможно, используются аналитические модели, а для остальных подпроцессов строятся имитационные модели.

Информационное (кибернетическое) моделирование связано с исследованием моделей, в которых отсутствует непосредственное подобие физических процессов, происходящих в моделях, реальным процессам.

объекте целиком, либо на его части. Такие исследования проводятся как

на объектах, работающих в нормальных режимах, так и при организации специальных режимов для оценки интересующих исследователя характеристик (при других значениях переменных и параметров, в другом масштабе времени и т.д.)
 
Научный эксперимент характеризуется широким использованием средств автоматизации, применением весьма разнообразных средств обработки информации, возможностью вмешательства человека в процесс проведения эксперимента.
Комплексные испытания, в процессе которых при повторении испытаний объектов в целом (или больших частей системы) выявляются общие закономерности о характеристиках качества, надежности этих объектов.
Наряду со специально организованными испытаниями возможна реализация натурного моделирования путем обобщения опыта, накопленного в ходе производственного процесса, т.е. можно говорить о производственном эксперименте.
 
Отличие эксперимента от реального протекания процесса в том, что в эксперименте могут появиться критические ситуации и определиться границы устойчивости процесса. В ходе эксперимента вводятся новые факторы и возмущающие воздействия в процесс функционирования объекта.

что исследование проводится на установках, которые сохраняют природу явлений и

обладают физическим подобием.

В процессе физического моделирования задаются некоторые характеристики внешней среды и исследуется поведение либо реального объекта, либо его модели при заданных или создаваемых искусственно воздействиях внешней среды.

Метод может дать надёжные результаты, лишь в случае соблюдения физического подобия реального явления и модели, что достигается за счёт равенства для модели и реального явления значений критериев подобия — безразмерных чисел, зависящих от физических (в том числе геометрических) параметров, характеризующих явление. Экспериментальные данные, полученные методом физического моделирования распространяются на реальное явление также с учётом критериев подобия.

Физическое моделирование может протекать в реальном и модельном (псевдореальном) масштабах времени или рассматриваться без учета времени. В последнем случае изучению подлежат так называемые «замороженные» процессы, фиксируемые в некоторый момент времени.

подобия объекта и модели (напр., различные условия перемешивания);
- необходимость применения

аналогичных контрольно-измерительных приборов на модели и объекте;
- относит. сложность построения физ. модели, обычно представляющей собой значительно уменьшенную копию объекта;
- трудность достоверной экстраполяции результатов на др. масштабы из-за полного отсутствия надежных критериев достоверности масштабного перехода.

Примеры применения метода физического моделирования:
- Исследование течений газов и обтекания летательных аппаратов, автомобилей, и т. п. в аэродинамических трубах.
- Гидродинамические исследования на уменьшенных моделях кораблей, гидротехнических сооружений и т. п.
- Исследование сейсмоустойчивости зданий и сооружений на этапе проектирования.
- Изучение устойчивости сложных конструкций, под воздействием сложных силовых нагрузок.
- Измерение тепловых потоков и рассеивания тепла в устройствах и системах, работающих в условиях больших тепловых нагрузок.
- Изучение стихийных явлений и их последствий.

получить при исследовании некоторые знания о самом объекте.
Если результаты моделирования

подтверждаются и могут служить основой для прогнозирования в исследуемых объектах, то считают модель адекватной объекту. В общем случае под адекватностью понимают степень соответствия модели тому реальному явлению или объекту, для описания которого она строится. Поэтому можно считать, что адекватность модели определяется степенью ее соответствия не столько реальному объекту, сколько целям исследования.

Проверка адекватности может производиться путем сравнения показателей, полученных на модели, с реальными, а также путем экспертного анализа независимым экспертом. Процедура оценки основана на сравнении измерений на реальной системе и результатов экспериментов на модели и может проводиться различными способами. Наиболее распространенные из них:
- по средним значениям откликов модели и системы;
- по дисперсиям отклонений откликов модели от среднего значения откликов системы;
- по максимальному значению относительных отклонений откликов модели от откликов системы.

документа
- Таблиц
- Графических объектов

материал группируется в колонки, отграниченные одна от другой вертикальными и

горизонтальными линейками.

Аналитические таблицы являются результатом обработки и анализа цифровых показателей. Такие таблицы дают возможность выявить и сформулировать определенные закономерности.
В неаналитических таблицах помещаются необработанные данные, необходимые лишь для информации или констатации.

Обычно таблица состоит из следующих элементов:
- порядкового номера и тематического заголовка,
- боковика,
- заголовков вертикальных граф (головки),
- горизонтальных и вертикальных граф (основной части, прографки)
 
Логический субъект таблицы, или подлежащее (обозначение тех предметов, которые в ней характеризуются), должен быть расположен в боковике, или в головке, или в них обоих, но не в прографке
Логический предмет таблицы, или сказуемое (т.е. данные, которыми характеризуется подлежащее), — в прографке, но не в головке или боковике.

Таблицы

б) матрица, в) Т-иерархия, г) М-иерархия, г) Г-иерархия.
Полевой Д. С.

Разработка моделей, методов и средств обработки табличных документов в информационных системах. Автореф. … канд. техн. наук, Москва, 2007, 21 с.

1. идентификационная зона;
2. угловая заголовочная зона;
3. горизонтальная заголовочная зона;
4. вертикальная заголовочная зона;

5. врезанная заголовочная зона;
6. матричное ядро;
7. информационная зона.

англ. relevant – существенный) информация, обобщение результата конкретного научного исследования,

включающее выявленные закономерности.

Формы представления - в виде научного документа:
краткое сообщение (сжатое изложение результатов проведенного исследования с целью оперативного и четкого информирования о выполненной работе на любом этапе исследований);
научный доклад (опубликованный в печати или прочитанный в виде публичного сообщения перед научной общественностью);
тезисы доклада (опубликованные до начала научной конференции материалы предварительного характера);
научная статья (содержит материалы о состоянии исследования);
монография;
научный отчет - документ, содержащий подробное описание методики, хода исследования (разработки), результаты, а также выводы, полученные в итоге выполнения НИР или ОКР
диссертация
автореферат диссертации – научное издание в виде брошюры, содержащее составленный автором реферат проведенного им исследования, представленного на соискание ученой степени.

научной теме, основанные на анализе литературных источников либо собственной первичной

информации); реферативной (в виде аннотаций, резюме и рефератов научных документов); аннотация – краткая характеристика содержания, целевого назначения публикации
резюме (от фр. resumer – излагать вкратце) – перечисление основных выводов, подытоживающих содержание публикации;
реферат – (от лат. referre – сообщать, докладывать) краткое изложение основного содержания письменного документа;
сигнальной (различной степени сжатости с целью предварительного оповещения – в частности, препринт); справочной (систематизированные краткие сведения в определенной области знания).

основной части работы
7. Заключение
8. Библиография
9. Приложения
 
Оформление элементов научной работы:

1. Титульный

лист должен содержать полное наименование учреждения, название работы, данные о студенте, руководителе, город и год написания работы.

2. Содержание раскрывает структуру работы. В содержании отражаются все элементы работы (кроме титульного листа), а так же главы, разделы основной части.

Структура научного отчета

цель работы;
- метод или методологию проведения работы;
- результаты работы;
- основные

конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики;
- степень внедрения;
- рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР;
- область применения;
- экономическую эффективность или значимость работы;
- прогнозные предположения о развитии объекта исследования.

4. Введение – объём не более 2-5 страниц. В нём даётся обоснование выбора темы, характеризуется её актуальность, теоретическая и практическая значимость, цель и задачи исследования.

работы и полностью её раскрывать. Она может состоять из нескольких

глав, в каждой главе выделяют разделы и подразделы. В первой главе происходит обзор теоретических источников по теме исследования. Во второй главе характеризуется изучаемый объект, раскрываются методики и организация исследования. В третьей главе излагаются собственные исследования, так же в отдельную главу может быть выделено и применение результатов исследования.

6. Заключение – объём 1-3 страницы. Содержит краткое и конструктивное изложение итогов проведённого исследования, отражает теоретическое и практическое значение работы.

7. Список использованных источников – Должен включать перечень всех источников, на которые исследователь ссылается в тексте работы. Список оформляется в соответствии с требованиями государственного стандарта.

8. Приложение – содержит вспомогательный материал, который с целью сокращения объёма работы не вошёл в основную часть.

с одной стороны
2. Сноски печатаются на тех страницах, к которым

относятся, и имеют постраничную нумерацию.
3. Разделы и подразделы должны иметь заголовки. Расстояние между заголовками и текстом должно быть увеличено для выделения заголовка.
4. Заголовки разделов и подразделов нумеруются арабскими цифрами. Номер подраздела состоит из номера раздела и подраздела, разделенных точкой.
5. Таблицы помещаются либо в тексте работы сразу после ссылок на них, либо в приложениях. И в том и в другом случае они должны иметь сквозную нумерацию.
6. Графический материал должен располагаться непосредственно после текста, в котором о нем упоминается впервые, или на следующей странице, а при необходимости – в приложениях. Графический материал должен иметь тематическое наименование (название), которое помещается снизу.
7. Формулы расчетов в тексте надо выделить, записывая их более крупным шрифтом и отдельной строкой, давая подробное пояснение каждому символу, когда он встречается впервые.
8. Каждое приложение следует начинать с нового листа, в правом верхнем углу которого пишется слово («Приложение») и номер, обозначенный арабской цифрой (без знака №
9. Используется общая нумерация страниц арабскими цифрами, включая библиографию и приложения.

исследования
Практическая значимость результатов диссертационных исследований подтверждается документально.

Алгоритм - «конечный набор

правил, позволяющий чисто механически решать любую конкретную задачу из некоторого класса однотипных задач. При этом подразумевается:
- исходные данные могут изменяться в определенных пределах (массовость алгоритма);
- процесс применения правил к исходным данным (путь решения задачи) определен вполне однозначно (детерминированность алгоритма);
- на каждом шаге процесса применения правил известно, чтo считать результатом этого процесса (результативность алгоритма)».
Для признания алгоритма в качестве документа, подтверждающего научную и практическую ценность результатов НИР необходимо прохождение соответствующей государственной экспертизы на новизну.
База данных – объективная форма представления и организации совокупности данных, систематизированных таким образом, чтобы эти данные могли быть найдены и обработаны с помощью ЭВМ.

имеющее изобретательский уровень и промышленно применимое.
Право автора на изобретение удостоверяется

патентом.
К полезной модели относится «конструктивное выполнение средств производства и предметов потребления, а также их составных частей». «Промышленный образец представляет собой художественное или художественно-конструкторское решение, определяющее внешний вид изделия. Промышленные образцы могут быть объемными (модели), плоскостными (рисунки) или комбинированными.

Инструкция – внутриведомственное издание, содержащее свод правил, положения, указания, устанавливающие порядок и способа осуществления какого-либо действия (регулирующие производственную деятельность) (должна иметь утверждающий гриф руководителя организации, ведомства). Методические рекомендации (методические указания) - описание рекомендуемых (обязательных) для практического использования новых или модифицирования известных способов, приемов, методик (имеющие утверждающий гриф руководителя ведомства).

данных, предназначенных для функционирования ЭВМ и других компьютерных устройств с

целью получения определенного результата, включая подготовительные материалы, полученные в ходе разработки программ для ЭВМ, и порождаемые ею аудиовизуальные отображения». Технологическая карта – форма технологической документации, в которой записан весь процесс обработки изделия, указаны операции и их составные части, материалы, производственное оборудование и технологические режимы, необходимые для изготовления изделия, время, квалификация работников. Технологический регламент – совокупность правил, определяющих технологический процесс (технологию). Технология – совокупность методов обработки, изготовления, изменения свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. Достоверность технологических карт и технологических регламентов должна быть подтверждена печатями и подписями должностных лиц предприятия, применившего результаты диссертационного исследования при разработке этих документов. Топология интегральной микросхемы – зафиксированное на материальном носителе пространственно-геометрическое расположение совокупности элементов интегральной микросхемы и связей между ними.

- делаю)– это «свод обязательных правил, которыми руководствуются при изготовлении,

проверке, хранении и назначении больным лекарственных препаратов». В качестве документа, подтверждающего научную и практическую значимость, она признается при условии утверждения фармакологическим комитетом. Прямым отражением практической реализации (либо ее ближайших перспектив) являются акты испытаний, акты о внедрении – документы удостоверяющие практическую реализацию НИР. Эти документы должны содержать информацию:
- о месте и сроках проведения испытаний (внедрения),
- название проводившей их организации;
- фамилии и должности непосредственных исполнителей;
- характеристику объекта испытаний (внедрения)
- численные показатели испытаний, подтверждающие данные о технико-- экономической или иной эффективности
- указание, на скольких объектах проведены испытания (каков объем внедрения). Акт должен быть оформлен и заверен в установленном для проводившей испытания (осуществлявшей внедрение) организации порядке. Информационные (рекламные) листки – совокупность реферативной информации, описывающей новые способы, вещества, сорта растений и др., их потребительские свойства и преимущества перед уже использования с целью оперативного информирования предполагаемых потребителей новых разработок.