Методы и средства научных исследований

Методические указания для самостоятельной работы студентов

заочного обучения по направлению подготовки бакалавров

35.03.02  – Технология лесозаготовительных и

деревообрабатывающих производств,

 профиль – Технологии мебели, материалов и изделий из древесины

 

 

Воронеж 2018

 

УДК 674

Кантиева, Е. В. Методы и средства научных исследований [Текст]: Методические указания для самостоятельной работы студентов заочного обучения по направлению подготовки 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств, профиль – Технологии мебели, материалов и изделий из древесины / Е. В. Кантиева; М-во образования и науки РФ; ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» – Воронеж 2018 – 9 с.

 

    Печатается по решению учебно-методического совета ФБГОУ ВО «ВГЛТУ»

 

Рецензент: директор ООО «Перфект – Воронеж» Золотухин Д. Ю.                     

 

1. Введение

 

Учебным планом по направлению подготовки бакалавра 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, профиль -  «Технологии мебели, материалов и изделий из древесины» предусмотрено изучение курса «Методы и средства научных исследований».

Программа курса включает изучение современных методов научных исследований в деревообрабатывающей промышленности и обработки полученных результатов.

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

- знать: приемы статистической обработки результатов опытов, методы планирования эксперимента с целью получения математических моделей процессов деревообработки, методы экспериментальной оптимизации;

- уметь: формулировать научно-техническую задачу, наметить пути решения, сделать литературный обзор, обосновать выбор материалов для экспериментов, средств измерения, организовать проведение научного исследования, планировать эксперимент, получать математическую модель изучаемого процесса, определять адекватность модели, вырабатывать рекомендации внедрения в производство, правильно оформлять результаты исследований.

 

2. Общие указания

 

    Методические указания предназначены для студентов 5 курса заочного обучения. Учебным планом предусмотрена установочная сессия в объеме 2 часов в период зимней сессии на 5 курсе, чтение лекций в объеме 4 часов в период летней сессии на 5 курсе и проведение практических занятий в объеме 10 часов.

    На установочной сессии студенты получают общее представление о содержании курса, им выдаются настоящие методические указания и необходимая учебно-методическая литература. Во время летней сессии на лекциях дается обзорный характер по первичной статистической обработке экспериментальных данных и основным методам планирования эксперимента, получения математических моделей процессов деревообработки, оптимизации.

    Практические занятия посвящены первичной статистической обработке экспериментальных данных.

    В межсессионный период студенты выполняют контрольную работу по теме «Корреляционный анализ и нахождение линейной регрессионной зависимости», целью которой является практическое закрепление данной темы. Контрольная работа должна быть выполнена до начала и защищена во время зимней экзаменационной сессии.

    Основной формой изучения теоретического курса является самостоятельная работа студентов-заочников с литературой в межсессионный период. При этом необходимо руководствоваться методическими указаниями по отдельным темам, изложенным ниже. Разъяснения по отдельным вопросам можно получить в письменной или устной форме, используя переписку, консультации в первую и третью субботу каждого месяца и личные контакты с преподавателями во время лекций и практических занятий.

Результаты самостоятельной работы и глубина изучения (проработки) определяются следующими формами отчетности:

1. Предоставление развернутых планов, конспектов, рефератов (назначается лектором).

2. Проверка и собеседование по тематике лекций-заданий и их оценка.

3. Коллоквиум и контрольные работы.

Форма вида отчетно-контрольных мероприятий назначается ведущим преподавателем (лектором) и должна обеспечивать безусловное выполнение рабочей программы курса и представить в единстве обучающую и контролирующую функции (эффективность обучения).

    Студент получает зачет после выполнения практической и контрольной работ и сдачи вопросов теоретического курса.

 

3. Указания по разделам курса

 

3.1 Введение

Основные сведения о науке. Классификация научно-исследовательских работ. Этапы научно-исследовательских работ.

 

3.2 Объекты исследований.

Система как объект исследования. Классификация систем. Управление и связь с объектом. Понятие «черный ящик». Методы научных исследований в деревообработке.

3.3 Основные понятия, задачи и этапы планирования эксперимента.

Определение цели и задачи исследования. Теоретические и экспериментальные методы исследований. Факторы и их классификация. Требования, предъявляемые к факторам. Виды экспериментов. Этапы экспериментальной работы. Выбор параметров процесса. Выбор модели.

3.4 Первичная статистическая обработка экспериментальных данных.

Ошибка опытов. Понятие о рандомизации. Погрешности вычислений. Статистические характеристики. Законы распределения случайных величин. Распределение, связанное с нормальным законом. Проверка статистических гипотез. Критерии Стьюдента, Фишера, Кохрена и др. Уровень значимости. Определение необходимого объема выборки.

3.5 Корреляционный и регрессионный анализ.

Корреляция. Коэффициент корреляции, множественная корреляция. Линейная и нелинейная зависимость. Вычисление коэффициентов уравнений методом наименьших квадратов. Исследование объектов с качественными признаками.

3.6 Планирование эксперимента.

Основные задачи планирования эксперимента. Математическое описание объекта. Выбор математической модели. Функция отклика. Полный факторный план. Оценка коэффициентов регрессионной модели. Учет эффектов взаимодействия факторов. Оценка значимости коэффициентов регрессии и проверка адекватности математической модели. Дробный факторный план. Генерирующие соотношения и их использование. Планы второго порядка. В-план. Униформ-ротатабельный план. Применение несимметричных планов второго порядка в деревообработке.

3.7 Методы экспериментальной оптимизация.

Методы оптимизации однофакторного эксперимента: пассивного поиска, дихотомии, золотого сечения. Методы оптимизации многофакторного эксперимента: покоординатного поиска, крутого восхождения, симплекс-метод.

3.8 Планирование эксперимента с качественными признаками.

Однофакторный и двухфакторный дисперсионный анализ. Латинские планы.

 

4. Практические работы выполняется по следующим темам

 

1. Исследование статистических характеристик толщины древесных материалов.

2. Исследование объектов методом полного факторного эксперимента

 

5. Индивидуальные задания

 

    Индивидуальные задания для выполнения контрольной работы приведены в табл. 1.

    Варианты задания определяются последними цифрами в зачетке.

    При выполнении контрольной работы необходимо использовать литературу, имеющуюся в библиотеке.

 

                                                                                         Таблица 1

№ варианта	Последние цифры зачетной книжки		Вид эксперимента	Переменный фактор Х	Выходная величина У
1	01 02		Мощность резания от скорости подачи	25	7.94	8.71	8.05	9.03	7.97
				30	8.37	9.50	8.40	9.73	8.54
				35	9.29	10.35	9.46	10.74	9.83
				40	10.29	11.66	10.40	11.54	10.12
				45	11.09	12.46	11.39	12.46	10.65
				50	11.31	12.93	11.97	13.28	11.97
2		03 04	Мощность резания от плотности древесины	0.39	2.52	2.76	2.56	2.87	2.53
				0.43	2.72	3.09	2.73	3.16	2.78
				0.51	3.45	3.50	3.20	3.64	3.33
				0.56	3.62	4.10	3.66	4.06	3.56
				0.57	3.63	4.08	3.73	4.08	3.49
				0.58	3.56	4.07	3.77	4.18	3.77
3		05 06	Шероховатость поверхности от скорости подачи	8	160	175	162	182	160
				12	219	249	220	255	224
				16	264	295	269	306	280
				20	304	344	307	341	299
				25	345	387	354	387	331
				40	404	462	428	475	428
4		07 08	Мощность резания от толщины материала	25	6.26	6.86	6.35	7.12	6.28
				29	6.91	7.85	6.94	8.04	7.06
				33	7.76	8.65	7.90	8.97	8.21
				36	8.50	9.64	8.60	9.54	8.37
				46	10.43	11.72	10.70	11.72	10.01
				50	10.71	12.25	11.35	12.58	11.34
5		09 10	Мощность резания от плотности древесины	0.39	11.58	12.7	11.75	13.18	11.63
				0.43	12.58	14.28	12.63	14.62	12.84
				0.51	14.75	16.43	15.02	17.05	15.61
				0.56	16.92	19.18	17.11	18.98	16.66
				0.57	17.11	19.23	17.57	19.23	16.43
				0.58	16.77	19.19	17.76	19.70	17.76

 

Продолжение табл. 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9
6	11 12	Шероховатость поверхности от скорости подачи	10	28	30	28	32	28
			15	98	112	99	114	101
			20	149	166	152	173	158
			25	192	217	194	215	189
			30	228	256	234	256	219
			35	246	282	261	290	261
7	13 14	Мощность резания от влажности древесины	8	4.64	5.09	4.71	5.25	4.66
			10	4.76	5.41	4.78	5.54	4.86
			12	5.10	5.68	5.19	5.89	5.39
			19	5.58	6.32	5.64	6.25	5.49
			20	5.73	6.44	5.88	6.44	5.50
			25	5.67	6.48	6.00	6.66	6.00
8	15 16	Мощность резания от толщины материала	30	5.64	6.19	5.72	6.42	5.67
			40	6.94	7.88	6.97	8.07	7.09
			45	7.75	8.64	7.89	8.96	8.21
			55	9.29	10.53	9.40	10.43	9.15
			60	10.13	11.38	10.40	11.38	9.72
			75	11.64	13.31	12.33	13.67	12.32
9	17 18	Мощность резания от плотности древесины	0.39	6.04	6.63	6.13	6.87	6.07
			0.43	6.50	7.38	6.53	7.56	6.64
			0.51	7.62	8.49	7.76	8.81	8.06
			0.56	8.58	9.72	8.67	9.62	8.44
			0.57	8.77	9.86	9.01	9.86	8.42
			0.58	8.59	9.83	9.10	10.09	9.10
10	19 20	Шероховатость поверхности от числа зубьев пилы	36	163	178	165	185	163
			50	211	239	211	245	215
			65	252	281	257	291	267
			70	268	303	271	300	263
			75	283	318	291	318	272
			80	283	323	299	332	299
11	21 22	Мощность резания от толщины материала	25	6.26	6.86	6.35	7.12	6.28
			30	7.09	8.05	7.12	8.25	7.24
			35	8.12	9.04	8.26	9.38	8.59
			40	9.21	10.44	9.31	10.33	9.06
			45	10.26	11.52	10.53	11.52	9.84
			50	10.71	12.25	11.35	12.58	11.34
12	23 24	Мощность резания от влажности древесины	8	6.96	7.64	7.06	7.92	6.99
			11	7.16	8.12	7.18	8.32	7.31
			14	7.57	8.43	7.70	8.75	8.01
			18	8.02	9.09	8.11	9.00	7.89
			22	8.35	9.38	8.57	9.38	8.01
			25	8.16	9.34	8.65	9.59	8.64
13	25 26	Мощность резания от скорости подачи	8	3.57	3.91	3.62	4.06	3.58
			20	4.36	4.95	4.36	5.07	4.45
			30	5.37	5.98	5.46	6.20	5.68
			40	6.51	7.38	6.58	7.30	6.41
			50	7.57	8.51	7.77	8.51	7.27
			60	8.23	9.41	8.71	9.66	8.71

Продолжение табл. 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9
14	27 28	Мощность резания от толщины материала	30	5.64	6.19	5.72	6.42	5.67
			40	6.94	7.88	6.97	8.07	7.09
			50	8.40	9.36	8.56	9.71	8.89
			60	9.94	11.27	10.05	11.15	9.78
			70	11.42	12.83	11.73	12.83	10.96
			80	12.25	14.01	12.97	14.39	12.97
15	29 30	Мощность резания от толщины материала	25	5.93	6.51	6.02	6.75	5.96
			30	7.14	8.11	7.17	8.30	7.29
			35	8.89	9.90	9.05	10.27	9.40
			40	10.71	12.14	10.83	12.02	10.54
			45	12.34	13.87	12.67	13.87	11.85
			50	13.32	15.24	14.11	16.65	14.11
16	31 32	Шероховатость поверхности от скорости подачи	8	160	175	162	182	160
			10	191	217	192	222	195
			20	299	333	305	346	317
			30	368	417	372	413	362
			31	370	426	389	426	364
			35	384	439	406	451	406
17	33 34	Шероховатость поверхности от скорости подачи	12	129	142	131	147	130
			20	203	230	204	236	207
			30	264	294	269	305	280
			40	312	354	315	350	307
			50	352	395	361	395	338
			60	366	418	387	429	387
18	35 36	Шероховатость поверхности от числа зубьев пилы	24	363	399	369	414	365
			30	318	361	319	370	325
			35	293	326	298	338	310
			45	254	288	257	285	250
			50	240	269	246	269	230
			60	200	229	212	235	212
19	37 38	Мощность резания от скорости подачи	10	5.07	5.56	5.14	5.77	5.09
			15	5.35	6.07	5.37	6.22	5.46
			20	5.90	6.57	6.00	6.82	6.24
			30	6.96	7.89	7.04	7.81	6.85
			40	7.99	8.98	8.20	8.98	7.67
			50	8.59	9.83	9.10	10.09	9.10
20	39 40	Шероховатость поверхности от числа зубьев пилы	24	363	399	369	414	365
			30	318	361	319	370	325
			36	288	321	293	333	305
			42	266	301	269	298	262
			48	247	277	253	277	237
			60	200	229	212	235	212
21	41 42	Шероховатость поверхности от скорости подачи	10	28	30	28	32	28
			20	149	169	150	173	152
			25	189	210	192	218	200
			30	224	254	227	252	221
			40	280	315	288	315	269
			50	309	353	327	363	327

Окончание табл. 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9
22	43 44	Мощность резания от скорости подачи	8	2.50	2.45	2.54	2.85	2.51
			16	2.84	3.22	2.85	3.30	2.90
			24	3.37	3.76	3.43	3.90	3.57
			32	3.98	4.52	4.03	4.47	3.92
			36	4.31	4.85	4.43	4.85	4.14
			40	4.41	5.05	4.67	5.18	4.67
23	45 46	Шероховатость поверхности от скорости подачи	8	79	87	80	90	79
			15	175	198	175	203	178
			20	220	245	224	254	233
			30	287	325	290	322	283
			50	374	420	384	420	359
			60	388	444	411	456	411
24	47 48	Шероховатость поверхности от скорости подачи	8	79	87	80	90	79
			10	112	127	112	130	114
			20	220	245	224	254	233
			35	311	353	315	349	307
			45	357	401	366	401	343
			60	388	444	411	456	411
25	49 50	Шероховатость поверхности от числа зубьев пилы	36	342	375	347	389	343
			40	317	360	319	369	324
			47	292	325	297	337	309
			50	286	324	289	321	282
			60	260	292	267	292	250
			72	221	253	234	259	234

 

Библиографический список

 

Основная литература:

1. Кантиева Е.В. Методы и средства научных исследований [Текст]: учеб. пособие  / Е.В. Кантиева, Е.М. Разиньков; ВГЛТА. Воронеж, 2012. – 108 с.

 

Дополнительная литература:

1. Методы и средства научных исследований [Электронный ресурс]: рек. УМО по образованию в области лесного дела в качестве учебника/А.А.Пижурин, А.А.Пижурин (мл.), В.Е.Пятков - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 264 с. - ЭБС "Знаниум".

2. Кантиева Е.В. Методы и средства научных исследований [Электронный ресурс]: методические указания к практическим работам с элементами УИРС для студентов по направлению подгот. 35.03.02 – Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих пр-в, профиль – Технологии мебели, материалов и изделий из древесины, Дизайн мебели / Е.В. Кантиева; ВГЛТУ. - Воронеж, 2018. – 56 с. - ЭБС ВГЛТУ.