A természetben és a műszaki rendszerekben előforduló jelenségek és folyamatok törvényszerűségének vizsgálata során a kísérletet az egyik alapvető módszerként alkalmazzák. A műszaki-technológiai rendszerek területén dolgozó kutatók nagy százaléka foglalkozik az ezekben a rendszerekben zajló folyamatok kísérleti kutatásával. A komplex kutatási objektumok megjelenése igényli a kísérletek tudományos alapokon nyugvó tervezését, a kísérletek számának, időtartamának és költségének csökkentése érdekében. Egy műszaki rendszer jelenségei, folyamatai és állapota elemző vagy kísérleti módszerrel vizsgálható. Leggyakrabban azonban mindkét módszert a kutatási objektumok ismeretében alkalmazzák, és ezeket az eljárásokat egymás után alkalmazzák a kutatás céljának eléréséig.
A kísérleti módszer kiindulópontja a kísérleti terv. A kísérleti tervet az összes kísérleti vagy mérési pont halmaza határozza meg, amelyek egy tervmátrixszal kifejezhetők: feltételezve, hogy minden k tényezőre ugyanannyi feldolgozást vagy n változási szintet veszünk fel. A kísérlettervezés Px területe vagy profilja határozza meg az xij tényező (változó) lehetséges értékeit: i=1,2,3…k, j=1,2,3…N. A kísérlet tervezésekor Px minden pont része a kísérleti tervnek, pl. X∈Px.
A kísérleti kutatás modern elméletének alkalmazásával, amely a statisztikai többtényezős elemzés tervein alapul, különböző feladatokat lehet sikeresen megoldani, mint pl. jelenségek, komplex folyamatok és rendszerek matematikai modellezése térben és időben (belső jelenségek és folyamatok természetének tanulmányozása; folyamatok optimalizálása és optimális kezelése a műszaki rendszerekben). A kísérleti kutatás modern módszerei alapján, a kutatás tárgyától függetlenül, a probléma megoldására az ún. kibernetikai elvet alkalmazzák (fekete dobozok). Ez az elv egy valós rendszer egyszerű modelljét reprezentálja, amelynek belső szerkezete ismeretlen vagy részben ismert. Az egyetlen ismert bemeneti adat: x – szabályozott vagy szabályozó tényezők vektora, z – nem szabályozott tényezők vektora, amely zavaró tényezőket tartalmaz, valamint kimenet y – a folyamat eredményeinek mérésével kapott jellemzők vektora.
A többtényezős optimális tervek lehetővé teszik a folyamat jelenségeinek, mechanizmusainak kutatását, azonosítását, a folyamat matematikai modelljének felállítását, pl. kapcsolatot hoz létre a bemenet (x, z) és a kimenet (y) között, és optimalizálja a folyamat menetét. Megbízható kritériumokat és matematikai-statisztikai algoritmusokat dolgoztak ki az értékeléshez. A modell leírásához szükséges a valós objektum Ymi = fi(x, y, b) állapotának függvénye. A módszerre jellemző, hogy négy egymást követő szakaszból áll, amelyek alapvető tartalma a modell, a kísérleti terv, a kísérleti program és az eredmények matematikai elemzése, amely alapján a modellt és a kísérleti tervet korrigálják, majd a ciklus megismétlődik. A folyamat addig folytatódik, amíg el nem érik a kívánt célt, pl. amíg egy adott jelenség, folyamat vagy rendszer összes tulajdonságát meghatározzuk.
Az egyes kísérleti ciklusok alapvető jellemzői a következők:
- egy meghatározott modellel kezdődik,
- az összes vonatkozó ellenőrzött tényező egyszerre változik az operatív programban,
- az előző ciklusban kellően pontos információk beszerzése a következő ciklus tervezéséhez és megoldásához.
A vizsgálat eredményes lebonyolítása érdekében az egyes kísérleti ciklusokban az egymást követő fázisok bármelyikének megkezdése előtt szükséges a következő kérdések pontos megválaszolása.
1) A kísérlet célja – Mik az általános és egyéni célok a kísérletben és milyen kérdésekre kaptunk választ a kísérlet elvégzése után? – – Vannak-e korábbi információk a kísérletekről és azok eredményeiről? Mi a kísérleti program időrendje és mik a költségei? Milyen következményekkel jár egy ismert hatás észlelésére vagy megerősítésére irányuló sikertelen kísérlet?
2) A modell felépítése és típusa A kutatási cél értelmezéséhez matematikai modellt vagy empirikus kutatást alkalmaznak? Melyek a matematikai modellezés és optimalizálás folyamatának és a rendszer méretének függő és független változói, és hány ilyen változó van?
3) Kísérleti program A kísérleti terv tervezett típusa és felépítése összhangban van-e a kiindulási modell jellegével? Milyen változókat mérünk a teszt során, milyen mérési módszert, technikát alkalmazunk stb.? 4) A kísérletek megismétlése és az eredmények elemzése – A kísérletek tervét és számát az előírt pontossági és megbízhatósági szintnek megfelelően határozták meg? Milyen matematikai módszereket használnak a kísérleti eredmények elemzésére és értelmezésére? – Megismételhetőek-e a kísérletek egyszerre, egymás után, csoportonként stb.?
Kísérleti elméleti alapmódszerek
A tervezést, az operatív megvalósítást és az eredmények matematikai feldolgozását magában foglaló kísérletelméletben két alapvető statisztikai módszert alkalmaznak, a diszperziós és regressziós elemzést. A diszperzióanalízis alapvető feladata egy adott tényezőhalmaz (xi, i=1,2,3,…,k) szignifikanciájának, azaz befolyásának, kölcsönhatásának és jelentőségének meghatározása. Ezzel a módszerrel egy adott tényezők halmazát először két csoportba soroljuk, az egyikbe kerülnek azok, amelyek szignifikánsan befolyásolják a jellemzőket, a másikba pedig azok amelyek hatása kevésbé jelentős. Ezután az egyes tényezőket a hatás fontossága szerint rangsoroljuk a csoportban. A regresszióanalízis a vizsgált objektum (folyamat, rendszer…) sztochasztikus (regressziós) részének beállításával foglalkozik, amely kellően megbízható módon írja le egy adott objektum állapotát és viselkedését a benne foglalt kísérleti térben.
cserviktamas.wordpress.com 