МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЙ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Основные цели дисциплины - изучение методов и средств научного познания физических процессов, происходящих при функционировании различных технических устройств; приобретение необходимых знаний и навыков для освоения курсов прикладной механики, а также проектирования, расчёта, конструирования, производства и диагностики объектов техники, изучаемых студентами в циклах специальных дисциплин.

Задачи дисциплины – научить студентов:

– методам статистической обработки и интерпретации результатов измерений;

– методам планирования научных и технических экспериментов;

– работать с измерительной техникой;

– овладеть принципами, способами и методами измерения характеристик процессов и величин физических параметров;

– обработке результатов измерений.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины «Методы и средства исследования» студент должен:

· знать:

– основные экспериментальные и численные способы исследования характеристик технических устройств;

– основные методы статистической обработки результатов инженерных и научных исследований;

– основные методы планирования результатов экспериментальных и численных исследований, применяемые в промышленности и сфере обслуживания технических устройств;

– методы и средства измерений физических величин и характеристик процессов, происходящих при функционировании машин и агрегатов;

– методы диагностики бытовых машин и агрегатов;

· уметь:

– производить диагностику технических устройств на основе вероятностных методов математической статистики;

– планировать и проводить технические эксперименты;

– производить статистическую обработку результатов экспериментов;

– проводить численные эксперименты с применением вычислительной техники и современных численных пакетов программ;

· получить навыки:

– в проведении научных экспериментов с бытовыми техническими устройствами;

– в применении численных и статистических методов исследования, а также методов диагностики для инженерных расчетов;

– в использовании программных пакетов "Mathcad, Statistica, ,LabView".

ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Введение

Теоретические основы и основные понятия дисциплины. Ее содержание и место в системе изучаемых дисциплин и инженерных знаний будущих специалистов – механиков сервиса. Виды и этапы научных исследований. Основные предпосылки и сущность исследований.

Тема 1. Теоретические основы и основные понятия дисциплины

Численные, экспериментальные и экспериментально-теоретические методы исследований. Прямые, косвенные и совокупные измерения характеристик процессов. Идеальная и обобщенная схема исследований.

Тема 2. Погрешности результатов исследований и причины погрешностей

Применение измерительной техники для исследования материалов и технологических процессов. Погрешности представительности измеряемых величин. Обратное воздействие процесса измерения на измеряемую величину. Аддитивные и мультипликативные внешние и внутренние помехи. Систематические и случайные погрешности. Статические и динамические погрешности. Погрешность результата измерения, недостоверность измерения и предел погрешности. Погрешности, связанные c обработкой результатов исследований.

Лабораторное занятие:

Обработка статистических характеристик по результатам эксперимента. Исследование погрешностей измерения и обработки результатов исследований.

Тема 3. Статистические погрешности измерений

Виды погрешностей, их описание, погрешность отдельного измерения и среднего значения. Математическое ожидание, дисперсия и их оценки. Построение гистограммы результатов исследований. Дифференциальная и интегральная функции распределения. Статистическая надежность и доверительный интервал результата.

Лабораторное занятие:

Определение и исследование основных параметров описательной статистики по результатам эксперимента.

Тема 4. Методы статистической обработки результатов исследований

Основные законы распределений результатов исследований. Нормальное и логнормальное распределения случайных величин. Распределения функций случайных величин. -распределение, t –распределение Стьюдента. Соотношение между теоретическими и экспериментальными значениями вероятностных оценок погрешностей. Качественная и количественная оценка гипотезы нормальности распределения.

Лабораторное занятие:

Определение характеристик случайных процессов на основе корреляционного анализа.

Тема 5. Регрессионный анализ результатов исследований

Применение числовых и функциональных характеристик случайных величин для анализа технологических процессов. Линейная и нелинейная регрессии. Оценка коэффициентов регрессии. Доверительные границы коэффициентов регрессии. Анализ уравнения регрессии. Линейная корреляция. Определение и нормирование корреляционной функции.

Лабораторное занятие:

Исследование уравнений линейной и нелинейной регрессии.

Тема 6. Основы планирования экспериментальных исследований

Планирование и обработка активного однофакторного эксперимента. Планирование эксперимента для получения линейных многофакторных моделей. Численный и физический эксперимент. Полный факторный эксперимент. Получение уравнения регрессии на основе полного факторного эксперимента. Дробные реплики. Метод крутого восхождения. Планы второго порядка. Планирование объема выборки; применение основных статистических критериев для сравнения числовых характеристик продукта или технологического процесса.

Лабораторное занятие:

Планирование эксперимента и обработка результатов.

Тема 7. Основы теории технической диагностики

Постановка задач технической диагностики. Вероятностные методы распознавания Байеса и минимакса. Метрические методы распознавания. Логические методы. Теория управления.

Лабораторное занятие:

Обоснование статистических решений методами технической диагностики.

Тема 8. Основы математического моделирования

Понятие о физической и математической модели. Структура математической модели. Анализ математических моделей с использованием аналитических и численных методов. Модели анализа и синтеза. Уровни и классы моделей, и иерархические принципы построения математических моделей. Общие численные методы решения инженерных задач. Пакеты прикладных программ инженерных расчетов.

Лабораторное занятие:

Модели физических процессов, использующие дифференциальные уравнения второго порядка (моделирование остывания нагретых тел; оценка коэффициента остывания по экспериментальным результатам).

Тема 9. Методы и средства исследования счетчиков времени и событий

Конструкции и параметры часов, счетчиков: механических, электромеханических, суммирующих, дифференциальных, пневматических, электронных, многофункциональных и др.

Лабораторное занятие:

Исследование счетчиков времени.

Тема 10. Методы и средства исследования кинематических и динамических параметров

Скорости, частоты вращения, массы и ее производные. Параметры потока жидкостей и газов. Способы взвешивания, измерения расхода, малых линейных и угловых перемещений и деформаций.

Лабораторное занятие:

Исследование колебательных процессов.

Тема 11. Методы и способы исследования теплофизических величин

Температуры в твердых, жидких и газообразных веществах, определения теплофизических свойств тел, термометров, пирометров, калориметров, безинерционные средства и способы измерения параметров тепловых потоков.

Лабораторное занятие:

Исследование теплофизических параметров твердых, жидких и газообразных веществ.

Тема 12. Методы и средства исследования высокочастотных и звуковых колебаний

Уровни шума, частотных характеристик, анализ шумов, шумомеры, вибродиагностика технического оборудования и систем.

Лабораторное занятие:

Исследование уровня и частоты звука.

Тема 13. Методы, средства и способы исследования электромагнитных величин

Напряжение, ток, сопротивление, фазовые характеристики, амплитудные и действующие значения, интенсивности излучений и их безопасные нормы, электронно-лучевые и числовые осциллографы, аналогово-цифровые преобразователи и др.

Лабораторное занятие:

Исследование электромагнитных величин.

Тема 14. Методы и средства исследования параметров светотехнических и радиоактивных величин

Яркость, освещенность, сила света, интенсивность светового потока, поглощенные дозы радиации, радиоактивность излучений. Допустимые нормы радиоактивности, радиометрия, спектральный анализ, счетчики, детекторы и др.

Лабораторное занятие:

Исследование светотехнических величин.

Организация самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа по дисциплине включает:

– изучение теоретического материала по конспекту лекций, а также с использованием дополнительной литературы;

– выполнение домашнего задания по темам дисциплины:

– по темам 1-4: изучить теоретические основы научных исследований: планирование эксперимента, моделирование, методов исследований; выбрать объект из изделий бытовой техники, спланировать и провести эксперимент по оптимизации его основного(ых) параметра (ов);

– по темам 5-9: изучить статистические распределения и гипотезы, используемые в научном эксперименте; по заданной выборке изделий из партии провести приемочный контроль всей партии; по заданной выборке параметров технологического процесса провести текущий - предупредительный контроль настроенности самого технологического процесса.

– по темам 9-14: изучить методы и средства измерений, используемые в научном эксперименте; изучить погрешности, имеющие место при проведении исследований;

– подготовку к зачету.

ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Текущий контроль:

- отчет по результатам выполнения лабораторных работ;

- рубежный контроль.

2. Промежуточная аттестация – зачетно-экзаменационная сессия:

- зачет – по результатам проведения всех форм текущего контроля в соответствии с учебным планом.

3. Контроль остаточных знаний студентов (тесты).

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

1. Кремер, Н. Ш. Теория вероятностей и математическая статистика : учебник / Н. Ш. Кремер. - М. : ЮНИТИ, 2006.

2. Ефимова, М. Р. Общая теория статистики : учебник / М. Р. Ефимова. – М. : ИНФРА-М, 2006.

3. Вентцель, Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения : учеб. пособие / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров. – М. : Высшая школа, 2005.

Дополнительная:

1. Измерения в промышленности : справочник : в 3 кн. / под ред. П. Профоса. – М. : Металлургия, 2000.

2. Лепеш, Г. В. Методы и средства исследований : лабораторный практикум / Г. В. Лепеш. - СПб. : СПбГАСЭ, 2004.

3. Лепеш, Г. В. Методы и средства исследований : метод. указ. по изучению курса / Г. В. Лепеш. - СПб. : СПбГАСЭ, 2005.

4. Страхов, А. Ф. Автоматизированные измерительные комплексы / А. Ф. Страхов. - М. : Энергоиздат, 2002.

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Лекции проводятся с использованием диафильмов, слайдов и плакатов по основным темам дисциплины.

Лабораторные занятия проводятся в компьютерном классе «Информатика» с использованием программных пакетов «STATISTICA-6», «LAB VIEW» и «MATHCAD».

Дисциплина обеспечена электронной версией конспекта лекций. Для оценки уровня освоения отдельных тем предусмотрены программы тестового контроля.

Составитель: к.т.н., доц. кафедры «Техническая механика» В.А. Долженков.

Рецензент: д.т.н., проф. кафедры «Техническая механика» Л.А. Голдобина.

УЧЕБНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ВТ

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Основные цели дисциплины – сформировать у студентов практические навыки работы с современной вычислительной техникой в основных направлениях и будущей профессиональной деятельности.

Задачи дисциплины – научить студентов:

- основам программирования в среде QBasic;

- работать с линейными программами и программами более сложного структурного типа;

- работать с программами для работы с файлами последовательного доступа.

Знания, полученные при изучении дисциплины, позволяют сформировать наиболее оптимальный комплекс знаний будущего специалиста в основных направлениях его профессиональной деятельности, а так же дать студентам практические навыки и теоретические знания, необходимые для работы на персональном компьютере.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины «Учебный практикум по ВТ» студент должен:

· знать:

- современное состояние программных средств электронно-вычислительной техники;

· уметь:

- пользоваться компьютером;

- использовать необходимую для работы программную среду;

- передавать информацию из одного программного приложения в другие;

- составлять простые программы в «Бейсике»

· получить навыки:

- передачи информации из одного программного приложения в другие;

- составления простых программ в «Бейсике».

ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Тема 1. Вход в среду QBasic

Лабораторное занятие:

Редактирование текста в редакторе QBasic на примере простой программы.

Тема 2. Отладка линейной программы

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения операторов ввода-вывода (DATA, READ, PRINT).

Тема 3. Отладка программы с разветвлениями

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения операторов INPUT, IF THEN ELSE (линейная и блочная формы).

Тема 4. Отладка программы с циклами

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения операторов цикла FOR…NEXT.

Тема 5. Отладка программы с вложенными циклами

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения вложенных циклов FOR…NEXT и операторов цикла DO LOOP и WHILE WEND.

Тема 6. Отладка программы с подпрограммами

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения подпрограмм SUB и GOSUB.

Тема 7. Программы для работы с файлами последовательного доступа

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения операторов OPEN, CLOSE, INPUT#, PRINT#.

Тема 8. Построение графиков простых функций

Лабораторное занятие:

Разработка программы для освоения операторов графического режима DRAW, LINE, CIRCLE, GET, PUT.

ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА

Самостоятельная работа студентов по дисциплине включает:

- выполнение лабораторных работ и расчетов на ПК;

- подготовка к зачету.

ФОРМЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Текущий контроль:

- отчет по результатам выполнения лабораторных работ;

- рубежный контроль.

2. Промежуточная аттестация – зачетно-экзаменационная сессия:

- зачет – по результатам проведения всех форм текущего контроля в соответствии с учебным планом.

3. Контроль остаточных знаний студентов (тесты).

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

1. Безручко, В. Т. Практикум по курсу «Информатика» : учеб. пособие / В. Т. Безручко. – М. : Финансы и статистика, 2004.

2. Информатика : практикум / под ред. Н. В. Макаровой. – М. : Финансы и статистика, 2003.

3. Касаев, Б. С. Информатика : практикум на ЭВМ : учеб. пособие / Б. С. Касаев, В. А. Каймин. – М. : Инфра-М, 2003.

Дополнительная:

1. Акулов, О. А. Информатика. Базовый курс : учебник / О. А. Акулов. – М. : Омега-Л, 2005.

2. Гордеев, А. В. Операционные системы : учебник / А. В. Гордеев. – СПб. : Питер, 2004.

3. Королев, Л. Н. Информатика. Введение в компьютерные науки : учебник / Л. Н. Королев, А. И. Шиков. – М. : Высшая школа, 2003.

4. Лабораторный практикум по информатике : учеб. пособие / под ред. В. А. Острейковского. – М. : Высшая школа, 2003.

5. Олифер, В. Г. Сетевые операционные системы / В. Г. Олифер. – СПб. : Питер, 2005.

6. Попов, А. А. Excel. Практическое руководство : учеб. пособие / А. А. Попов. – М. : ДЕСС, 2004.

7. Тяжев, А. Т. Основы программирования на языке BASIC : лабораторный практикум / А. Т. Тяжев. – СПб. : СПбГАСЭ, 2005.

8. Уваров, В. М. Практикум по информатике и ВТ : учеб. пособие / В. М. Уваров. – М. : Академия, 2005.

Периодические издания:

1. Информатика и системы управления : журнал

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе «Информатика», укомплектованном учебно-наглядными материалами (лабораторным стендом для изучения устройства персонального компьютера, наборами плакатов и таблиц, диаграмм) и оснащенном соответствующим оборудованием.

Составители: к.т.н., доц. кафедры «Информатика» А.Т. Тяжев.

Рецензент: к.т.н., доц. кафедры «Информатика» П.Е. Антонюк.

4.3. Национально-региональный (вузовский) компонент
(специализация "Сервис экосистем и природоохранных объектов")