Метою викладання навчальної дисципліни «Теорія і практика експерименту» є підготовка фахівців до планування наукових експериментів, формуванні у них здатності самостійно проводити аналіз результатів експериментальних досліджень та приймати обґрунтовані рішення щодо задач оптимізації хімічного складу матеріалів і технологій їх обробки.

У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен отримати:

загальні компетентності: здатність використовувати під час виконання професійних завдань базові знання з теорії і методики досліджень щодо організації і проведення експериментів, здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях, мати навички використання інформаційних і комунікаційних технологій, мати здатність здійснювати виміри у відповідності до метрологічних вимог, контролювати технологічні процеси, матеріали та вироби, проводити впровадження сучасних технологій, матеріалів і здійснювати керування виробництвом;

фахові компетентності: здатність використовувати під час виконання професійних видів робіт основні принципи розробки плану, вибору умов проведення експерименту, здатність аналізувати закономірності процесів щодо утворення структури та властивостей матеріалів і виробів.

Очікувані програмні результати навчання: студент, після завершення навчання за даною програмою, повинен бути в змозі:

аналізувати й оцінювати висунуті гіпотези щодо рішення конкретних проблем матеріалознавчої галузі та планувати експерименти для їх перевірки;

застосовувати набуті знання при вирішенні задач щодо доцільного вибору планів проведення експериментів;

використовувати практичні знання при плануванні, оптимізації та здійсненню контролю за проведенням експериментів;

самостійно використовувати нормативно-технічну і довідкову літературу, вимоги ДСТУ;

аналізувати, розраховувати та експериментально уточнювати оптимальні значення технологічних параметрів процесів виробництва;

володіти навичками роботи необхідними для здійснення випробувань зразків та виробів.

1.     Програма навчальної дисципліни

Змістовий модуль 1. Експеримент як предмет дослідження та застосуванням планів першого порядку.

Тема 1. Стратегія та задачі дисципліни при проектуванні виробничих об’єктів та оптимізації технологічних процесів. Актуальність вивчення методик планування експериментів. Показники технологічного процесу, їх ймовірнісний сенс. Особливості планування екстремальних експериментів. Доцільність застосування різних методик рандомізації та греко-латинських квадратів.

Тема 2. Застосуванням планів першого порядку при вирішенні питань з оптимізації технологічних процесів. Основні поняття і визначення. Плани першого порядку. Параметри оптимізації, фактори, вимоги до них, способи їх визначення, кодування факторів (незалежних змінних). Поверхня відгуку, припущення про її форму. Приклади вибору даних параметрів.

Тема 3 Повний та дробовий факторний експерименти. Характеристика повного факторного експерименту. Основна ідея дробового факторного експерименту. Кількість дослідів при повному та дробовому експериментах. Контраст, що визначає, співвідношення, що генерує. Розрізнювальна здатність дробових реплік. Властивості матриць повного і дробового факторних експериментів. Насичені і не насичені дробові репліки. Фактори, що впливають на ефективність дробових реплік та рекомендації щодо вибору дробової репліки.

Тема 4. Методика проведення експерименту та обробка результатів дослідів. Методи зменшення систематичних похибок. Оцінка випадкових похибок при рівномірному дублюванні дослідів, при нерівномірному дублюванні дослідів. Виключення сумнівних результатів дослідів. Довірчий інтервал коефіцієнтів рівнянь регресії. Визначення необхідної кількості повторних експериментів. Дослідження рівнянь регресії.

Тема 5. Круте сходження по поверхні відгуку. Характеристика факторів, що впливають на вибір розміру кроку. Варіанти можливих рішень по завершенню даних досліджень.

Тема 6. Дослідження виробничих процесів з застосуванням статечних рівнянь. Ліанерізація рівнянь з застосуванням логарифмування. Формули кодування факторів. Складання планів експерименту, їх реалізація, перевірка адекватності отриманих рівнянь регресії. Методика переходу від кодованих значень до натуральних, потенціювання і приклади доцільного застосування отриманого рівняння.

Змістовий модуль 2. Опис практично стаціонарної області з застосуванням планів другого порядку.

Тема 1. Центральні композиційні плани. Вибір ядра центрального композиційного плану. Вибір плеча зірчастих точок та кількості експериментів в центрі плану. Способи досягнення ортогональності і ротатабельності планів другого порядку. Ротатабельне уніформ планування. Порівняння ортогональних і ротатабельних планів другого порядку за властивостями. Методика застосування ротатабельних планів другого порядку для дослідження області оптимуму. Приклади вирішення матеріалознавчих задач за допомогою реалізації вказаних планів.

Тема 2. Не композиційні плани другого порядку. Методика застосування не композиційних планів другого порядку при дослідженні технологічних процесів виробництва, матеріалів і виробів. Приведення рівнянь другого ступеню до канонічного виду (перенесення початку координат та поворот осей). Методика аналізу рівняння в канонічному виді при k=2, k=3 і k>3, застосування графоаналітичного методу, можливі варіанти рішень за результатами аналізу. Порівняння доцільності застосування не композиційних та центральних композиційних планів. Приклади вирішення матеріалознавчих задач за допомогою вказаних методів планування експериментів.

Тема 3 Експерименти для відсіювання мало впливових факторів. Насичені плани. Наднасичені плани. Послідовне відсіювання.

Тема 4. Фізико-хімічна інтерпретація результатів дослідження отриманих у виді рівнянь регресії. Евристична інформація поліноміального рівняння. Перевірка гіпотез висунутих апріорі. Формалізація апріорних знань.

Тема 5. Методи пошуку умовного оптимуму при дослідженні багатофакторних процесів. Застосування лінійного програмування для пошуку умовного оптимуму функції відгуку. Використання методу невизначених множників Лагранжа для пошуку умовного оптимуму функції відгуку. Нелінійне програмування при відсутності та наявності обмежень. Застосування комп’ютерних програм для пошуку умовного оптимуму функції відгуку

Тема 6. Приклади застосування методів планування експерименту при розробці  технологій отримання матеріалів та їх обробці. Приклад застосування рототабельного планування другого порядку для оптимізація хімічного складу та режиму термообробки сталі Н18К9М5Т. Вплив технологічних факторів на істинне напруження при деформації дроту.

Тема 7. Фактори економічної ефективності при використанні теорії експерименту. Економічна ефективність застосування планування експерименту в виробництві. Підвищення ефективності міркувань та осмислення дійсності за допомогою теорії експерименту. Можливості зменшення вартості робіт щодо планування та проведення експериментів. 

Викладач дисципліни: Вініченко Валерій Степанович, доцент кафедри «Фізичне матеріалознавство»

Опис навчальної дисципліни

Примітка.

Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної і індивідуальної роботи становить:

для денної форми навчання – 35% до -65%

для заочної форми навчання – 10 % до 90 %

Розподіл балів, які отримують студенти