Основы стратегии научного исследования технических систем

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Основы стратегии научного исследования технических систем

Суздальцев А.И., Петров С.П.

Исследователи (аспиранты, научные работники, кандидаты и доктора наук) в своей профессиональной деятельности постоянно сталкиваются с изучением постоянно изменяющейся новой информации, в частности, с материалами кандидатских и докторских диссертаций. Так как диссертации готовятся и защищаются в различных научных школах, ориентированных не только на свою узконаправленную профессию, но и на собственное представление научного исследования, выявление существа того или иного исследования зачастую представляет большие трудности интеллектуального характера и требует соответствующих временных затрат.

Но даже поняв сущность чужого исследования, не всегда можно уловить его методические основы, что бывает важнее самой сути исследования, особенно для тех, кто готовит свое исследование к представлению общественности. Такое положение не в последнюю очередь связано с широкой трактовкой научных терминов (элементов научного исследования) таких, как: принципы, методы, методики, концепции, цель, задачи, анализ, синтез, алгоритм, новизна, имитационная модель и т.п.

Не останавливаясь на трактовке указанных терминов различными известными авторами, можно выделить два научных элемента, которые присутствуют во всех диссертациях и исследованиях. Это анализ и синтез, а все остальные элементы можно встретить в различных сочетаниях и в анализе, и в синтезе, и перед анализом, и перед синтезом и т.д. И если суть кандидатской диссертации все-таки можно понять без строго выстроенных научных элементов, то суть докторских диссертаций -чрезвычайно трудно. Вышеизложенное подводит к мысли о том, что каждое исследование (на уровне диссертации) должно представляться в виде последовательности определенным образом связанных научных элементов исследования, естественно, с частными исключениями, т.е. должна быть общая стратегия научного исследования, которая через понятные сущности научных элементов легко могла бы трансформироваться на конкретное научное исследование.

Не претендуя на всеобъемлющую трактовку понятия стратегии, ее сущность авторы видят в следующем.

Стратегия научного исследования - это совокупность научных элементов крупного плана (этапов), располагаемых в логической последовательности их выполнения и отражающих отдельные сущности сформированного названия на начальной стадии соответствующей темы или проблемы.

Каждый элемент крупного плана в общем случае имеет вход с необходимой для данного этапа исходной информацией, вход от предыдущего этапа, внутренние процедуры выполнения действий над входной информацией, выход с результирующей информацией и дополнительный выход с информацией в новизне, полученной на данном этапе. На рис. 1 приведен пример представления научного элемента крупного плана стратегии исследования технической системы.

Рисунок 1 - Представление научного элемента (А) крупного плана стратегии исследования технической системы: - анализ проблемы (научный элемент крупного плана); - вход с информацией об объекте исследования и его свойствах, о методах анализа; - вход с информацией от предыдущего этапа (научного элемента); - выход с результирующей информацией, объединяющей входную и предыдущую информацию; - элемент частной научной новизны результата .

, (1)

где noy - новизна.

Взаимосвязь научных элементов крупного плана включает в себя научные элементы более мелкого плана, а в совокупности представляют стратегию любого научного исследования технических систем, которая в виде математического выражения представлена формулой (2), как вложение непересекающихся множеств, а графически на рисунке 2.

. (2)

Анализ более 500 диссертаций с выявлением элементов сформулированной стратегии исследований позволил автору к научным элементам крупного плана отнести семь элементов (этапов), показанных на рисунке 2, представляющим собой концептуальную модель стратегии (OMASIEN):

Табл. 1

В большинстве диссертаций, а в кандидатских во всех, обнаружены в расплывчатом виде только элементы ASIN или ASEN.

Рисунок 2 - Этапы и элементы стратегии научного исследования технических систем (Концептуальная модель OMASIEN)

O,M,A,S,I,E,N - этапы (крупные элементы) стратегии С научного исследования; - элемент научного исследования «общее состояние вопроса (проблемы)»;

- исходная информация для элемента О (общедоступная, научная, техническая, патентная) - вход научного элемента «О»;

- (выход элемента) - результат действия научного элемента О (формулировка проблемы и стратегии исследования);

- элемент «методология исследования»;

- результат действия научного элемента М (выбранная или синтезированная методология); - процедура выбора методологии исследования; - анализ проблемы (научный элемент крупного плана);

- научный элемент «Синтез»;

- информация об объектах, прототипах, методах синтеза и принятия решений;

- результат действия научного элемента (синтезированный объект научного исследования со свойствами и критериями оценки);

- процедура синтеза.

- элементы частной научной новизны результата S1;

- научный элемент «имитационное моделирование»,

- информация о моделях и методах моделирования;

- результаты действия научного элемента I (имитационная модель и результаты моделирования);

- процедура создания имитационной модели и проведение исследований на имитационной модели;

- элементы частной научной новизны результата I1;

- научный элемент «эксперимент - экспериментальные исследования»;

- информация о методах и средствах проведения экспериментов, о методах обработки и представления результатов;

- экспериментальный стенд и результаты эксперимента;

- процедура создания средств и проведения экспериментов;

- элементы частной научной новизны результата Е1;

- научный элемент «новизна»;

- информация о методах и форме представления новизны;

- результаты действия научного элемента, формулировка новизны;

m, a, s, i, e - элементы частной новизны, полученные в результате выполнения соответствующего научного элемента исследований и представляющиеся в общем случае, как объединение непересекающихся элементов (множеств), т.е.:

. (3)

Выражения (2), (3) еще не дают полного законченного представления стратегии научного исследования, т.к. каждый этап включает множество более мелких научных элементов, взаимосвязь которых определяет тактику научного исследования. Сущность тактики, трактуемая авторами, определяется как совокупность научных элементов более мелкого плана на каждом этапе стратегии, включающая:

? научную формулировку задачи или задач данного этапа;

? формулировку обоснованных ограничений по условиям, параметрам и т.п.;

? выбор метода решения;

? анализ результата и метода его представления;

? формулировку научной новизны.

На каждом этапе может решаться множество задач и тогда необходимо получить обобщенный результат соответствующего этапа.

Отдельные этапы, такие как I, E достаточно глубоко разработаны в различных областях техники, написаны книги и монографии, например [1- 7]. Менее разработаны этапы M, A, S. Здесь можно ориентироваться на труды [8-13]. И совершенно не разработаны, с точки зрения стратегии научного исследования, этапы O, N.

Общее состояние той или иной проблемы всегда носит расплывчатый характер за счет широкого охвата разнородных вопросов, характеризующих проблему, и, тем не менее, всегда можно наложить ограничения и сузить проблему до более или менее конкретного объекта исследования. Как правило, ограничения носят субъективный характер и редко с научной точки зрения обоснованы.

Здесь можно выделить два аспекта. С одной стороны, исследователю хочется показать важность проблемы на фоне многих, чтобы она состоялась как проблема, а с другой стороны, ограничиться только одной стороной проблемы (нельзя объять необъятное). Указанное противоречие в научном плане разрешается путем классификации близких проблем (объектов) и формировании общей цели исследования. Классификация проблем (объектов исследования) отнюдь не простая задача, особенно если не знать о существовании четверки логических операторов, помогающих (или мешающих) выполнению этой операции.

Вот эти операторы: деление - обобщение, расчленение - соединение. В каждом делении имеются делимое понятие, основание деления и члены деления. Делимое понятие является родом, а члены деления - видами по отношению к данному роду. Каждое из видовых понятий тоже может быть объектом деления.

При расчленении любой из продуктов не является расчлененным понятием. Пример: деревья делятся на хвойные и лиственные (деление), но дерево расчленяется на крону, ствол и корни (расчленение).

Обобщение - это логическая операция, заключающаяся в том, что для рассматриваемого понятия находится более широкое по объему понятие, в объем которого входит и объем обобщаемого исходного понятия. Таким образом, деление и обобщение являются главными условиями классификации проблем. В прошлом столетии отечественными авторами разработан метод классификации и формулировки конечной проблемы, который получил название метод «букета проблем». Этот метод состоит в том, что, основываясь на исходной формулировке проблемы, рассматривают несколько иных проблем, формулируя тем самым группу или «букет проблем», состав которых таков:

ПДК (проблема, как она дана), ПОВ (проблема в общем виде), ПА - проблема-аналог, ПФВ - проблема на уровне физических воздействий, ОП - обратная проблема. Детально с примерами этот метод описан в [14].

Этот этап (элемент научного исследования) является, пожалуй, самым важным при оценке проведенного исследования, но и самым трудным с точки зрения его представления. По названию этот элемент может быть простым (метод, модель, методика, способ, принцип, методология) и составным, включающим в различной совокупности указанные названия. Но одного названия недостаточно. За названием должна следовать научная сущность, которая состоит из основы, базирующейся на фундаментальных законах, теориях, методах-прототипах и отличиях, полученных в результате исследования. Ниже приведены примеры научной новизны, близкой к предлагаемой трактовке.

Пример 1:

1.1. Разработана концептуальная модель имитационного моделирования САТК, включающая базу знаний предметной области (база данных, база правил, СУБД, пользовательский интерфейс) и основывающаяся на теоретико-множественном описании объектов как множества элементов с заданными на нем отношениями.

1.2. Разработаны базовые алгоритмы управления объектами с постоянно-переменным чистым ТРЗ, развивающие теорию квази- и оптимальных СУ с запаздыванием, по которым синтезированы частные алгоритмы и структуры управления.

1.3. Разработаны модели и алгоритмы управления объектами в ТК с переменным мертвым ТРЗ применительно к ТК сушки капиллярно-пористых материалов, основанные на прогнозируемой модели определения финальной влажности и на теории нечетких множеств.

1.4. Разработана математическая модель прогнозирования финальной влажности ТП сушки капиллярно-пористых материалов, основанная на физических законах внешнего и внутреннего тепломассообмена высушиваемого материала.

1.5. Разработана методика идентификации параметров математической модели прогнозирования финальной влажности с использованием метода Левенберга-Маркуардта.

Пример 2:

2.1 Разработана математическая модель формирования хроматографической информации, основанная на базовых физико-технических принципах фотометрии и позволяющая создавать спектрофотометрические детекторы с повышенной достоверностью результатов контроля химического состава веществ.

2.2. Разработана методика расчета параметров информативных хроматографических пиков, основанная на модифицированном методе Савицкого-Голея и нелинейной оптимизации и использующая разбиение пиков на эквипараметрические участки.

Пример 3:

3.1. Разработан виброчастотный метод неразрушающего контроля качества строительных конструкций, основанный на амплитудно-временном преобразовании параметров затухающих колебаний.

3.2. В рамках метода разработаны способы высокочастотного измерения основной резонансной частоты и декремента затухания резонансных колебаний.

Пример 4: Разработаны алгоритм и структура системы управления исполнительными органами КУ с периодом адаптации внутри транспортного запаздывания, основанные на использовании теории конечных автоматов (язык ЛСА) и многокритериальной оптимизации.

Литература

логический научный обобщение

1. Советов, Б.Я. Моделирование систем [Текст]: учебник для вузов по спец. «Автоматизированные системы управления» / Б.Я.Советов, С.А.Яковлев - М.: Высшая школа, 1985 - 271с.

2. Суздальцев, А.И. Системы автоматизации технологических комплексов (Проблематика построения и современные технологии их моделирования) [Текст]: монография /А.И.Суздальцев, В.А.Лобанова.- Орел: ОрелГТУ, 2004. - 133 с.

3. Душин, С.Е. Теория автоматического управления [Текст]: учеб. для вузов /С.Е. Душин, Н.С. Зотов, Д.Х.Имаев и др. Под ред. В.Б.Яковлева - М.: Высшая школа, 2005 - 567 с.

4. Юрков, Н.К. Модели и алгоритмы управления интегрированными производственными комплексами [Текст]: монография / Н.К. Юрков. - Пенза: Информационный издательский центр ПГИ, 2003. - 198 с.

5. Тарасик, В.П. Математическое моделирование технических систем [Текст]: учебник для вузов / В.П. Тарасик.- М.: Дизайн ПРО, 1997. - 640 с.

6. Грановский, В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях [Текст] / В.А. Грановский, Т.Н. Сырая. - Л: Энергоатомиздат, 1990. - 287 с.

7. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 279 с.

8. Гухман, А.А. Обобщенный анализ [Текст] /А.А. Гухман, А.А.Зайцев - М.: Изд-во «Факториал», 1998.- 304 с.

9. Волкова, В.Н. Основы теории систем и системного анализа [Текст]: учебник для студентов вузов «Системный анализ и управление» /В.Н. Волкова, А.А. Денисов - СПб.: Из-во СПбГТУ, 1997.- 510 с.

10. Дитрих, Я. Проектирование и конструирование: Системный подход [Текст]: [пер. с польск.]/ Я. Дитрих. - М.: Мир, 1981. - 456 с.

11. Райцын, Т.М. Синтез систем автоматического управления методом направленных графов [Текст] / Т.М. Райцын. - Л.: «Энергия», 1970. - 96 с.

12. Воинов, Б.С. Информационные технологии и системы [Текст]: монография / Б.С. Воинов. - Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И.Лобачевского, 2001. - 404 с.

13. Суздальцев, А.И. Методические аспекты анализа и синтеза объектов технических и информационных систем. [Текст] / А.И. Суздальцев // Вестник компьютерных и информационных технологий № 12. 2006 - С.17-21.

14. Титов, В.В. Выбор целей в поисковой деятельности (методы анализа проблем и поиска решений в технике) [Текст] / В.В. Титов. - М.: Речной транспорт, 1991. - 125 с.

Размещено на Allbest.ru