08.06.01 РПУД Методы планирования и обработки результатов

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
МЕТОДЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Направление подготовки – 08.06.01 Техника и технологии строительства
Профиль - Строительные материалы и изделия
Образовательная программа «Строительные материалы и изделия»
Форма подготовки – очная
Инженерная школа ДВФУ
Кафедра Инженерных систем зданий и сооружений
курс 2 семестр 4
лекции 18 час. / 0,5 з.е.
практические занятия 18 час. / 0,5 з.е.
лабораторные работы - час. / - з.е.
всего часов аудиторной нагрузки 36 (час.) / 1 з.е.
самостоятельная работа 108 (час.) / 3 з.е.
контрольные работы курсовая работа / курсовой проект - семестр
экзамен 4 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей
квалификации), утвержденного приказом министерства образования и науки РФ от 30 июля 2014г.
№ 873
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры
недвижимостью, протокол № 8 от «12» января 2015 г
строительства и управления
Заведующий (ая) кафедрой
Н.С. Терещенко
Составитель (ли): канд. техн. наук, доцент, профессор кафедры строительства и управления недвижимостью В.Т. Гуляев; старший преподаватель кафедры строительства и
управления недвижимостью М.И. Демидов.
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
АННОТАЦИЯ
Дисциплина «Методы планирования и обработки результатов эксперимента» предназначена для аспирантов, обучающихся по образовательной
программе «Строительные материалы и изделия» и входит в базовую часть
учебного плана.
При разработке рабочей программы учебной дисциплины использованы Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по направлению
подготовки 08.06.01 «Техника и технологии строительства», учебный план
подготовки аспирантов по профилю «Строительные материалы и изделия».
Целью изучения дисциплины является получение представления об
основных понятиях и принципах инженерного эксперимента.
Задачи:
1. Изучение теории подобия физических процессов и основ математического моделирования;
2. Ознакомление с основными средствами измерений и методами экспериментальных исследований;
3. Формирование способности планировать инженерный эксперимент.
Интерактивные формы обучения составляют 12 часов и включают в
себя проблемные лекции, лекции-беседы, публичные доклады с защитой,
анализ конкретных ситуаций (case-study).
Компетенции выпускника, формируемые в результате изучения
дисциплины.
Универсальные компетенции:
- УК-2 Способность проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и
философии науки
Общепрофессиональные компетенции:
- ОПК-1 Владение методологией теоретических и экспериментальных
исследований в области строительства
- ОПК-2 Владение культурой научного исследования в области строительства, в том числе с использованием новейших информационнокоммуникационных технологий.
- ОПК-3 Способность соблюдать нормы научной этики и авторских
прав
- ОПК-4 Способность к профессиональной эксплуатации современного
исследовательского оборудования и приборов;
- ОПК-5 Способность профессионально излагать результаты своих исследований и представлять их в виде научных публикаций и презентаций;
- ОПК-6 Способность к разработке новых методов исследования и их
применению в самостоятельной научно-исследовательской деятельности в
области строительства.
- ОПК-7 Готовность организовать работу исследовательского коллектива в области строительства
Требования к уровню усвоения содержания дисциплины.
Аспиранты должны приобрести следующие знания и умения:
знать:
 методы научно-исследовательской деятельности (УК-2);
 основные концепции современной философии науки, основные стадии
эволюции науки, функции и основания научной картины мира (УК-2);
 основные положения теории подобия и принципы математического
моделирования (ОПК - 1);
 основы культуры научного исследования (ОПК - 2);
 нормативно-правовые основы научной деятельности (ОПК - 3);
 принципы работы современного исследовательского оборудования и
приборов (ОПК - 4);
 основы профессионального изложения результатов научных исследований (ОПК - 5);
 основы разработки новых методов экспериментальных исследований
(ОПК - 6);
 методы организации исследований научными коллективами (ОПК - 7).
 уметь:
 использовать положения и категории философии науки для анализа и
оценивания различных фактов и явлений (УК-2);
 Планировать и выполнять инженерный эксперимент (ОПК - 1 );
 использовать информационно-коммуникационные технологии для проведения научных исследований (ОПК - 2);
 осуществлять патентный поиск и поиск научно-технической информации (ОПК - 3);
 осуществлять подбор современного исследовательского оборудования
и приборов в зависимости от задач исследования (ОПК - 4);
 профессионально излагать результаты своих исследований в ходе
научных конференций (ОПК - 5);
 профессионально представлять свои исследования в виде презентаций
и статей (ОПК - 5);
 разрабатывать новые методы теоретических и экспериментальных исследований (ОПК - 6);
 применять новые методы исследований в научной деятельности (ОПК 6);
 организовывать работу научно-исследовательских коллективов в области строительства (ОПК – 7).
владеть:
 технологиями планирования в профессиональной деятельности в сфере
научных исследований (УК-2);
 навыком использования современного исследовательского оборудования и приборов (ОПК - 1 );
 технологией моделирования различных технологических процессов
(ОПК - 2);
 навыками создания объектов интеллектуальной собственности (ОПК 3);
 навыком использования современного исследовательского оборудования и приборов (ОПК - 4);
 навыками написания научных статей и создания презентаций для представления результатов исследований (ОПК - 5);
 навыками разработки и внедрения новых методов теоретических и экспериментальных исследований (ОПК - 6);
 навыком управления научными коллективами при решении научнотехнических задач в области строительства (ОПК - 7).
I.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА (18 час.)
МОДУЛЬ 1. Теория подобия (6 час.)
Раздел I. Теоремы подобия (6 час.).
Тема 1. Первая теорема подобия (2 час.)
Подобие физических явлений и систем. Виды подобия. Получение
критериев подобия. Основы теории размерностей. Алгебра размерностей.
Безразмерные величины. Зависимые и независимые размерности.
Данное занятие проходит с использованием метода активного обучения
– проблемная лекция. Проблемная лекция начинается с вопросов, с постановки проблемы, которую в ходе изложения материала необходимо решить.
В течение лекции мышление аспирантов происходит с помощью создания
преподавателем проблемной ситуации до того, как они получат всю необходимую информацию, составляющую для них новое знание.
Тема 2. Вторая теорема подобия (2 час.)
«π» – теорема. Способы получения критериев подобия на основе π –
теоремы. Анализ критериев подобия. Анализ полученных критериев
подобия.
Масштабы
и
индикаторы
подобия.
Система
уравнений,
составленных из масштабов подобия, и их решение. Некоторые, наиболее
часто встречающиеся критерии подобия. Формальные методы получения
критериев подобия и уравнений процесса.
Тема 3. Третья теорема подобия (2 час.)
Подобие
сложных
систем.
Подобие
систем
с
нелинейными
переменными параметрами. Подобие анизотропных систем.
и
Подобие
физических процессов при отсутствии геометрического подобия. Подобие
при вероятностном характеристике процессов.
МОДУЛЬ 2. Моделирование в экспериментальных исследованиях (4
час.)
Раздел I. Математическое моделирование (4 час.)
Тема 1. Основы теории моделирования (2 час.)
Возникновение моделирование. Критерий правильности результатов.
Способы использования математического моделирования. Требования к
математическим моделям.
Данное занятие проходит с использованием метода активного обучения
– лекция-беседа. Эта лекция предполагает непосредственный контакт
преподавателя с аудиторией. Вопросы могут, быть информационного и
проблемного характера, для выяснения мнений и уровня осведомленности
аспирантов по рассматриваемой теме, степени их готовности к восприятию
последующего материала. С учетом разногласий или единодушия в ответах
преподаватель строит свои дальнейшие рассуждения, имея при этом
возможность,
наиболее
доказательно
изложить
очередное
понятие
лекционного материала.
Тема 2. Математическое моделирование (2 час.).
Построение
исследований.
математических
Дескриптивные
моделей.
Проведение
математические
модельных
модели.
Многокритериальные математические модели.
МОДУЛЬ 3. Планирование инженерного эксперимента (8 час.)
Раздел I. Методы планирования эксперимента(6 час.)
Тема 1. Статистические методы анализа данных и планирования
экспериментов (2 час.)
Статическая гипотеза. Статические критерии. Дисперсионный анализ.
Корреляционный анализ. Регрессионный анализ.
Тема 2. Полный факторный эксперимент (2 час.)
Проверка
воспроизводимости
эксперимента.
Полный
факторный
эксперимент. Полный факторный эксперимент типа 2к. Математическая
модель ПФЭ. Линейная модель Математическая модель ПФЭ. Линейная
модель. Нелинейная математическая модель, причины нелинейности.
Определение порядка взаимодействия факторов. Вычисление коэффициентов
при
взаимодействиях
факторов.
Вычисление
коэффициентов
при
взаимодействиях факторов.
Тема 3. Дробный факторный эксперимент (2 час.)
Выбор полуреплик и реплик большей дробности. Понятие о генерирующих соотношениях и определяющих контрастах.
Раздел II. Средства и методы измерений в экспериментальных
исследованиях (2 час.).
Тема 1. Измерительные приборы в инженерном эксперименте (1
час.)
Структура
уравновешенного
Чувствительность
измерительных
приборов.
преобразования.
прибора.
Цена
Приборы
Функция
деления.
Порог
прямого
и
преобразования.
чувствительности.
Диапазон измерений. Динамические характеристики.
Данное занятие проходит с использованием метода активного обучения
– публичный доклад с защитой. Тему «Измерительные приборы в
инженерном эксперименте» освещает один из аспирантов, при этом доклад
может
сопровождаться
презентацией.
После
завершения
доклада
одногруппники могут задавать уточняющие вопросы по изложенной теме, а
преподаватель - вопросы проверяющие уровень подготовки докладчика.
Тема 2. Основы теории ошибок измерений (1 час.).
Виды измерений и погрешностей. Случайные погрешности и их
распределение. Закон сложения случайных ошибок. Доверительный интервал
и доверительная вероятность. Систематические погрешности и методы их
компенсаций. Определение грубых погрешностей. Суммарная погрешность.
Ошибки первого и второго рода.
Данное занятие проходит с использованием метода активного обучения
– публичный доклад с защитой. Тему «Измерительные приборы в
инженерном эксперименте» освещает один из аспирантов, при этом доклад
может
сопровождаться
презентацией.
После
завершения
доклада
одногруппники могут задавать уточняющие вопросы по изложенной теме, а
преподаватель - вопросы проверяющие уровень подготовки докладчика.
II.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Практические занятия (18 час.)
Занятие 1. Получение критериев подобия на примере решения задачи
колебания груза на пружине (2 час.)
Занятие 2. Получение критериев подобия на примере решения задачи
течения вязкой жидкости в трубопроводе (2/ - час.)
Занятие 3. Получение уравнения процесса колебания математического
маятника (2/ - час.)
Занятие 4. Получение уравнения процесса колебания груза подвешенного на пружине (2 час.)
Занятие 5,6. Решение задач на подобие устойчивости длинномерных и
геометрически подобных объектов (4 часа)
Занятие 7. Подобие устойчивости при отсутствии геометрического подобия (2 час.)
Занятие 8. Дескриптивные математические модели на примере простейших упругих колебаний и динамике популяций (2 час.)
Занятие 9. Методы решения многокритериальных задач (2 час.)
Занятия 2,7,9 проходят с использованием метода активного обучения –
анализ конкретных ситуаций (case-study). Метод анализа конкретных ситуаций развивает способность к анализу реальных научных задач. Сталкиваясь с
конкретной задачей, аспирант должен определить: в чем заключается проблема, предложить методы решения данной задачи. Этот опыт незаменим в
последующей самостоятельной научной деятельности.
III.
КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Контрольные работы
Контрольные работы учебным планом не предусмотрены.
Вопросы к экзамену
1. Что такое эксперимент? Какова его роль в инженерной практике?
2. В чем отличие физического моделирования от математического?
3. Дайте определение следующим терминам: опыт, фактор, уровень фактора, отклик.
4. Какие существуют формы подобия?
5. Что такое критерии подобия? Перечислите основные критерии подобия?
6. Как формулируется π – теорема? Приведите пример использования
7. Как определится размерность произведения давления Р, Па, на изменение объема V, м3, при движении поршня в цилиндре?
8. Сформулируйте третью теорему подобия? Приведите примеры подобия
сложных систем.
9. Зачем нужна модель при проведении инженерного эксперимента?
10. Какие требования предъявляются к моделям?
11. Перечислите этапы создания математической модели.
12. В чем особенность многокритериальной математической модели? Какие существуют методы решения многокритериальных задач?
13. В чем отличие основной статической гипотезы от альтернативной?
14. С помощью каких критериев производится отсев грубых погрешностей?
15. Что такое критерий согласия? Какова основная идея его использования
при проверке гипотез о виде функции его распределения?
16. В каких случаях применяют критерий согласия Пирсона?
17. Что такое критерий Фишера?
18. Для чего используется критерий Стьюдента?
19. В каких случаях используют регрессионный анализ?
20. В чем состоит проверка адекватности регрессионной модели?
21. На чем базируется проверка значимости коэффициентов регрессии?
22. В чем отличие дисперсионного анализа от корреляционного?
23. Перечислите свойства ортогональных планов эксперимента.
24. В чем состоит задача математической теории планирования эксперимента?
25. В чем состоит кодирование факторных переменных и какова его цель?
26. Из каких этапов состоит последовательность проведения активного
эксперимента?
27. Чем отличается полный факторный эксперимент от полного факторного эксперимента типа 2к?
28. Каковы свойства дробного факторного эксперимента и в чем их отличие от полного факторного эксперимента?
29. Из каких соображений выбирают основные факторы, уровни, интервалы варьирования факторов при проведении полного факторного эксперимента и дробного факторного эксперимента?
30. С какой целью композиционный план приводят к ортогональному виду?
31. В чем заключаются причины неадекватности математической модели?
Как производится оценка адекватности?
32. Перечислите основные метрологические характеристики измерительных приборов.
33. Динамические характеристики измерительных приборов.
34. В чем отличие приборов прямого от уравновешенного преобразования?
35. Как определить класс точности прибора? Что он из себя представляет?
36. Какие существуют виды измерений физической величины?
37. Что такое доверительный интервал? Что такое доверительная вероятность?
38. Какие существуют виды погрешностей при измерении физической величины?
39. Что понимают под наивыгоднейшим условием проведения эксперимента?
40. В чем заключается цель решения обратной задачи теории экспериментальных погрешностей?
IV.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров
и
научных
работников.
–
М.:ФИЗМАТЛИТ,
2006.
–
816
с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=Lan:/usr/vtls/ChamoHome/visualizer/data_lan/d
ata_lan+%281905%29.xml&theme=FEFU
2. Кириллов П.Л. Имена и числа подобия [Электронный ресурс]: / Кириллов П.Л.— Электрон. текстовые данные.— Москва, Ижевск: Регулярная и
хаотическая динамика, 2010.— 336 c.
http://www.iprbookshop.ru/16528.
3. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента / Л. С. Зажигаев, А. А. Кишьян, Ю. И. Романиков. – М.: Издательство Юрайт, 1978. – 231 с
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:64346&theme=FEFU
Дополнительная литература
1. Семенов Б. А Инженерный эксперимент в промышленной теплотехнике, теплоэнергетике и теплотехнологиях [Электронный ресурс]: Учебное
пособие. 2-е изд. доп., - Спб.: Издательство «Лань», 2013. – 400 с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=Lan:/usr/vtls/ChamoHome/visualizer/data_lan/d
ata_lan+%28847%29.xml&theme=FEFU
2. Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статических данных : учебное пособие / Н.И. Сидняев. – М.: Издательство Юрайт,
2011. – 399 с.
kirgteu.com›filemanager/download/1562/
3. Бояршинова, А.К. Теория инженерного эксперимента: текст лекций
[Электронный ресурс]: /А.К. Бояршинова, А.С. Фишер. – Челябинск: Изд-во
ЮУрГУ, 2006. – 85 с. Режим доступа:
http://www.twirpx.com/file/259652/
4. Математические модели химических реакций: учебник / Ю. Г. Марков,
И. В. Маркова. – С-Пб.: Лань, 2013. - 183 с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:725089&theme=FEFU