5534

Основи наукових досліджень та організація науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт

Конспект

Производство и промышленные технологии

Ми живемо у вік науково-технічної революції, масового застосування інформатики, комп'ютерної та мікропроцесорної техніки. Кажуть, що провідні країни світу вступили в еру постпромислового розвитку, тобто в еру інформаційних технологій та і...

Украинкский

2012-12-13

1.31 MB

21 чел.

Вступ

Ми живемо у вік науково-технічної революції, масового застосування інформатики, комп’ютерної та мікропроцесорної техніки. Кажуть, що провідні країни світу вступили в еру постпромислового розвитку, тобто в еру інформаційних технологій та інтелектуального виробництва. Основною рисою постпромислового суспільства є його здатність до створення і поширення інтелектуальних продуктів: винаходів, нових знань, ідей, принципів організації суспільства, технологій швидкого засвоєння і оперування знаннями, комунікаційних технологій, пошуку та розробки нових джерел енергії та технологій “співпраці” з довкіллям.

Для реалізації завдань, які виникають з глобальних екологічних проблем та проблем розвитку суспільства необхідний, висококваліфікований персонал, що орієнтований на пошук і творчість. Недарма в таких країнах, як Англія, Франція та США, на освіту, науково-дослідні роботи і перекваліфікацію персоналу затрачається до 15% від національного бюджету, а також заохочується імміграція висококваліфікованих спеціалістів з інших країн.

В усьому світі ведеться пошук нових технологій навчання в загальноосвітніх та спеціальних навчальних закладах.

Країни, що не докладають зусиль в галузі науки, освіти і перекваліфікації персоналу відповідно до світових вимог, переходять у розряд відсталих (країн - паріїв), причому без перспективи  на успіх у майбутньому.

Наш курс “Основи наукових досліджень та організація науково-дослідних (НД) та проектно-конструкторських робіт (ПКР)” має за мету ознайомити вас з суттю понять наука, науково-дослідні та проектно - конструкторські роботи і заохотити до розвитку своїх інтелектуальних здібностей, познайомити з методиками їх удосконалення, виробити основні навички організації та виконання науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт.

Пропонований курс складається з таких частин:

1. Знайомство зі змістом та суттю понять:

  •  наука;
  •  науково-технічна діяльність.

2. Психологічні особливості науково-технічної творчості.

3. Основні методи роботи з науково-технічною та патентною літературою.

4. Принципи організації роботи наукового колективу.

5. Етапи, організація та методика виконання НД та ДКР.

1. Основні поняття курсу

1.1. Наука

Це сфера людської діяльності, яка спрямована на вироблення і використання систематизованих знань про світ (реальність), складова частина духовної культури суспільства, одна з форм суспільної свідомості. Наука вивчає різні рівні організації та форми руху матерії, духовний розвиток та організацію особи і суспільства. Наука вивчає причинно-наслідкові зв’язки явищ природи та суспільства, формулює їх закони з метою управління природними та суспільними процесами, прогнозування їх розвитку, створення нових технологій і розвитку суспільства.

Як система знань наука охоплює не лише фактичні дані про навколишній світ, людську думку та дії людей, формулює закони і методи вивчення природи, а й певні форми і способи їх усвідомлення і збереження.

Як соціальний інститут наука включає вчених, наукові заклади, форми і способи функціонування та використання знань. Загальним методом наукового мислення є діалектика, основними засобами  наукового пізнання світу є спостереження, індукція і дедукція, аналогія, формалізація.

Існують три основні напрями наукових досліджень і, відповідно, зв’язані з ними науки:

  •  природничий;
  •  технічний;
  •  суспільно-гуманістичний.

Наукові дослідження діляться на фундаментальні (пізнання законів, що пояснюють суть і взаємодію основних структур природи, суспільства та мислення) і прикладні (застосування результатів фундаментальної науки для потреб виробництва чи вирішення соціальних проблем).

Наука інтернаціональна, можна говорити про глобальний науковий простір і єдину світову систему фундаментальних наукових знань та інституцій для збереження і поширення знань – ноосферу в розумінні Вернадського. Одним із шляхів реалізації ноосфери є комп’ютеризація бібліотек та доступу до їх фондів через систему Інтернету, поширення результатів наукових досліджень та фіксації їх пріоритету з використанням WEB- сторінок наукових закладів та окремих вчених, створення глобального наукового інформаційного простору.

Важливими поняттями науки є науково-дослідна діяльність та пріоритет її результатів. Перше визначається у законі України про науку та наукову діяльність, а зміст другого полягає у визнанні першості наукового відкриття та засобах його опублікування для широкої громадськості і  розкривається нижче.

1.1.1. Діалектика

У давньогрецькій філософії діалектика – це мистецтво полеміки, логічний метод встановлення істини шляхом виявлення і подолання суперечностей у судженнях противника.

Сучасна діалектика створена Гегелем у вигляді діалектичної логіки. Гегель розглядав суперечності у мисленні, що виникають без порушення законів логіки, як внутрішнє джерело пізнання, а осягнення єдності протилежностей, як логічний метод пізнання істини.

Основними законами діалектики є:

  •  перехід кількісних змін у якісні, наприклад, „матеріальна точка  → ідеальний газ”, „людина  → суспільство ”;  
  •  єдність і боротьба протилежностей -  теорема фон Ноймана: „ у межах будь – якої системи понять можна сформулювати  питання, що не має відповіді у цій системі”, „ свобода – усвідомлена необхідність”;
  •  заперечення заперечень – заперечення хаосу породжує порядок, знання. Заперечення вимагає дії, зусилля, отже творення порядку неможливе без зусиль. Навпаки, бездіяльність заперечує порядок -  породжує хаос.

Діалектика розкриває зв’язки між необхідністю і випадковістю; можливістю і дійсністю; сутністю і явищем; змістом і формою; свободою і необхідністю.

Ядром діалектики є закон єдності і боротьби протилежностей, вчення про суперечності як причину саморуху і саморозвитку всього сущого.

1.1.2. Спостереження

Початковий етап дослідження, полягає в отриманні безпосередніх даних про об’єкт дослідження. Здійснення   спостереження  передбачає протиставлення пізнаючого суб’єкта об’єктові спостереження, виділення й усвідомлення об’єкта пізнання і пізнавальної мети. З розвитком науки на перший план виходять такі сторони спостереження, як мета, план, система методів спостереження і осмислення результатів, контроль за ними. Розробка плану і мети спостереження потребують попередніх знань про об’єкт. Використання ЕОМ вимагає кодування і декодування отриманої при спостереженні інформації.      

1.1.3. Знання

Знання – ідеальне відтворення в мовній формі узагальнених уявлень про зв’язки у світі.

Функціями знання є: узагальнення розрізнених уявлень про закони природи суспільства і мислення; збереження в узагальненій формі всього того, що може передаватися наступним поколінням як підстава для практичних дій. Знання є результатом суспільної діяльності людей, що скерована на усвідомлення і перетворення дійсності.  

1.1.4. Мислення

Мислення – це опосередковане і узагальнене відображення у мозку людини суттєвих властивостей, причинних відносин і закономірностей зв’язків між об’єктами або явищами. Опосередкований характер мислення полягає у тому, що людина через органи чуттів, завдяки мисленню, проникає у приховані властивості, зв’язки і відношення об’єктів.  

1.1.5. Наукова ідея

Наукова ідея – інтуїтивне пояснення явища без проміжної аргументації, без усвідомлення всієї сукупності зв’язків, на підставі якої робиться висновок. Вона ґрунтується на наявному знанні, але відкриває раніше не помічені закономірності. Ідея матеріалізується в гіпотезі.

1.1.6. Гіпотеза

Гіпотеза – припущення про причину, яка викликає даний наслідок. Якщо гіпотеза узгоджується з спостережуваними фактами, то її називають теорією або законом. В процесі пізнання кожна гіпотеза перевіряється і в результаті встановлюють чи наслідки, що випливають з гіпотези, справді підтверджуються експериментом, чи дана гіпотеза не протирічить іншим законам природи. Важливим є доведення єдиності гіпотези, тобто, що саме дана гіпотеза найкраще пояснює всю сукупність експериментів.

1.1.7. Теорія

Теорія – система узагальненого знання, пояснення тих чи інших сторін дійсності. Теорія є мисленним відображенням і відтворенням реальної дійсності. Вона виникає в результаті узагальнення пізнавальної діяльності і практики. Це узагальнений досвід у свідомості людей.

Структуру теорії формують принципи, аксіоми, закони, судження, поняття, категорії і факти.

Принцип – це правило, яке виникло в результаті осмисленого досвіду людей.

Теорія складається з ядра і захисного пояса. В ядро входять основні принципи, а захисний пояс складається з допоміжних гіпотез, які конкретизують ядро. Цей пояс визначає проблеми, що підлягають дальшому дослідженню, передбачає факти, які не узгоджуються з теорією і тлумачить їх так, що вони перетворюються у приклади, які підтверджують теорію.

1.1.8. Індукція

Форма умовиводу, де на підставі знання про окреме робиться висновок про загальне. Спосіб міркування, за допомогою якого обґрунтовується припущення чи гіпотеза. Розрізняють повну і неповну індукції.

При повній індукції з того, що кожний елемент якогось класу має задані властивості, роблять висновок, що всі елементи даного класу мають ці ж властивості.

При неповній індукції з того, що деякі елементи якогось класу (дуже великого чи безконечного) мають певні властивості, робиться висновок, що всі елементи цього класу мають ті ж самі властивості.

Повна індукція при істинних засновках дає достовірний висновок.

Неповна індукція недостовірна в тому розумінні, що істинність засновків не гарантує істинності висновку.

Тому доцільно говорити не про індуктивне виведення, висновків від засновків, а про індуктивне міркування, в якому встановлюється обґрунтованість гіпотез на підставі відомого знання.

1.1.9. Дедукція

Розроблена Аристотелем форма умовиводу, при якій на основі загального правила логічним шляхом із засновків, як істинних, з необхідністю виводиться істинний висновок. Наприклад, із засновку “всі люди думаючі” випливає висновок “чоловіки - думаючі істоти”. Логічною підставою дедукції є аксіома: “Все, що стверджується або заперечується відносно всього класу, те стверджується або заперечується відносно його окремих елементів”. В дедуктивному методі дослідження окреме пізнається на основі знання загальних закономірностей. Різновидністю дедуктивного є аксіоматичний метод.

1.1.10. Аналогія

Умовивід, в якому від схожості об’єктів за одними ознаками робиться висновок про можливу схожість цих об’єктів за іншими ознаками. Знання, набуте за допомогою аналогії, є гіпотетичним, оскільки при умовиводах за аналогією знання, що отримане при дослідженні одного об’єкта (моделі), переноситься на інший, менш доступний для дослідження об’єкт. Правильність умовиводів за аналогією підтверджується (заперечується) подальшими дослідженнями.

1.1.11. Формалізація

Полягає в заміні всіх змістових термінів символами, а всіх змістових тверджень – послідовностями символів або формулами. При формалізації теорія перетворюється в ланцюжок логічно зв’язаних між собою формул. Формалізація найуспішніше використовується в тих науках, рівень розвитку яких дозволяє використовувати математику.  

1.2. Наукова діяльність

На Україні регулюється законом України “ Про наукову та науково-технічну діяльність” (Відомості Верховної Ради, 1992, № 12, ст. 156).У цьому Законі наведені нижче терміни вживаються у такому значенні:

наукова діяльність – інтелектуальна творча діяльність, спрямована на одержання і використання нових знань. Основними її формами є фундаментальні та прикладні наукові дослідження;

науково-технічна діяльність – інтелектуальна творча діяльність, спрямована на одержання і використання нових знань у всіх галузях техніки і технологій. Її основними формами (видами) є:

науково-дослідні, дослідно-конструкторські, проектно-конструкторські, технологічні, пошукові та проектно-пошукові роботи, виготовлення дослідних зразків або партій науково-технічної продукції, а також інші роботи, пов’язані з доведенням наукових і науково-технічних знань до стадії практичного їх використання;

науково-педагогічна  діяльність – педагогічна діяльність у вищих навчальних закладах та закладах післядипломної освіти III-IV рівнів акредитації, пов'язана з науковою та (або) науково-технічною діяльністю; (Статтю 1 доповнено абзацом четвертим згідно із Законом № 1646-III (1646-14) від 06.04.2000 );

науково-організаційна діяльність – діяльність, що спрямована на методичне, організаційне забезпечення та координацію наукової, науково-технічної та науково-педагогічної діяльності; (Статтю 1 доповнено абзацом п'ятим згідно із Законом № 1646-III (1646-14) від 06.04.2000 );

фундаментальні наукові дослідження – наукова теоретична та (або) експериментальна діяльність, спрямована на одержання нових знань про закономірності розвитку природи, суспільства, людини, їх взаємозв’язку;

прикладні наукові дослідження – наукова і науково-технічна діяльність, спрямована на одержання і використання знань для практичних цілей;

вчений – фізична особа (громадянин України, іноземець або особа без громадянства), яка має вищу освіту та проводить фундаментальні та (або) прикладні наукові дослідження і отримує наукові та (або) науково-технічні результати; (Абзац восьмий статті 1 із змінами, внесеними згідно із Законом № 1646-III (1646-14) від 06.04.2000 );

науковий працівник – вчений, який за основним місцем роботи та відповідно до трудового договору (контракту) професійно займається науковою, науково-технічною, науково-організаційною або науково-педагогічною діяльністю та має відповідну кваліфікацію незалежно від наявності наукового ступеня або вченого звання, підтверджену результатами атестації; (Абзац дев'ятий статті 1 в редакції Закону № 1646-III (1646-14) від 06.04.2000 );

науково-педагогічний  працівник – вчений, який за основним місцем роботи займається професійно педагогічною та науковою або науково-технічною діяльністю у вищих навчальних закладах та закладах післядипломної освіти III-IV рівнів акредитації; (Статтю 1 доповнено абзацом десятим згідно із Законом № 1646-III (1646-14) від 06.04.2000 );

науково-дослідна (науково-технічна) установа (далі – наукова установа) – юридична особа незалежно від форми власності, що створена в установленому законодавством порядку, для якої наукова або науково-технічна діяльність є основною і становить понад 70 відсотків загального річного обсягу виконаних робіт;

наукова робота - дослідження з метою одержання наукового результату;

науковий результат - нове знання, одержане   в   процесі фундаментальних  або прикладних наукових досліджень та зафіксоване на носіях наукової  інформації  у  формі  звіту,  наукової  праці, наукової  доповіді,  наукового  повідомлення  про науково-дослідну роботу, монографічного дослідження, наукового відкриття тощо;

науково-прикладний результат - нове конструктивне чи технологічне рішення, експериментальний зразок, закінчене випробування, розробка, яка впроваджена або може бути впроваджена у суспільну практику. Науково-прикладний результат може бути у формі звіту, ескізного проекту, конструкторської або технологічної документації на науково-технічну продукцію, натурного зразка тощо.

1.3. Пріоритет наукових результатів

Пріоритет наукових результатів – це документальне підтвердження (у визнаних науковою громадськістю інформаційних носіях) результатів наукових досліджень. Наприклад, публікація повідомлення в науковому журналі, матеріалах конференцій чи на WEB- сайті, тощо.   

Пріоритет встановлює юридичне право на визнання факту першовідкриття явища, закону чи окремого факту і має, в основному, моральне і соціальне значення. Якщо пріоритет не стосується патенту, то він не дає права власності на результат наукового дослідження і винагороди за його використання.

1.4. Дослідно-конструкторська робота

Робота, що стосується створення, конструювання і виготовлення для випробувань дослідних екземплярів одиничних, малосерійних та масових виробів, матеріалів тощо.

ДКР ґрунтується на результатах фундаментальних і прикладних досліджень, є проміжним етапом між винаходом і його впровадженням у виробництво. Метою ДКР є перевірка ідей і конструкцій, на яких ґрунтується винахід, пошук оптимальних комбінацій елементів чи компонент, дизайну, перевірка працездатності в режимах роботи, що імітують граничні навантаження, а також ергономічних характеристик. На етапі ДКР виявляються основні недоліки конструкції, технології чи матеріалу. Оцінюється його вплив на довкілля, вносяться поправки у конструкцію та схеми функціонування. ДКР закінчується зразком машини, матеріалу чи технології та звітом про його випробування.

ДКР мають особливе значення на етапі науково-технічної революції, оскільки дозволяють скоротити час між винаходом і його впровадженням у життя. Якщо в 60-х – 70-х рр. минулого (ХХ) століття час між винаходом та його впровадженням становив в середньому 10 – 15 років, то тепер це 2 – 5 років. Такий стрімкий темп в ланцюжку “винахід – ДКР – впровадження” досягнуто завдяки широкому використанню комп’ютерних автокад-систем, машинному експерименту та міжнародній спеціалізації стосовно окремих етапів робіт.

1.5. Структура організації науки на Україні

Представлена нижче у вигляді схеми, яка відображає основні зв’язки та підпорядкування наукових структур.

Обсяги річних витрат на науку в розрахунку на одного дослідника у 2000 році

Показник

Україна

Росія

Бразилія

Південна Корея

Японія

Франція

США

Обсяги витрат, тис.$

2,1

8,0

48,0

92,0

142,0

174,0

195,0

1.6. Висновки

1. Розвинені країни вступають в етап постпромислового суспільства, в якому рушійною силою є інформаційно-інтелектуальні технології.

2. Засобом досягнення успіху на шляху розвитку суспільства є неперервний процес накопичення і передачі знань, участь у глобальному інформаційному просторі, навчання і перекваліфікація персоналу.

3. На постпромисловому етапі розвитку суспільства основну роль відіграє наука та науково-технічна діяльність, залучення до неї населення.

4. Основними методами та засобами наукового пізнання світу є: діалектика, спостереження, індукція, дедукція, аналогія та формалізація.

5. Шлях створення нових технологій та машин пролягає через дослідно-конструкторські, проектно-конструкторські, технологічні, пошукові та проектно-пошукові роботи, виготовлення дослідних зразків або партій науково-технічної продукції, а також інші роботи, пов’язані з доведенням наукових і науково-технічних знань до стадії практичного їх використання та інтернаціональну співпрацю – світовий розподіл праці в ланцюжку “наукова інтелектуальна творчість – винахідництво – дослідно-конструкторська робота – серійний або малосерійний випуск продукції”.     

1.7. Питання для самоконтролю

  1.   Яка, на Вашу думку, об’єктивна необхідність розвивати науку і дослідно-конструкторські роботи в Україні?
  2.   Коротко розкрийте зміст поняття “наука”. Що покладено в основу наукового мислення? Які основні методи наукового пізнання світу? Сформулюйте і поясніть такі поняття як “діалектика”, “спостереження”, “індукція”, “дедукція” і “формалізація”, “теорія”, “гіпотеза”.
  3.   Що слід розуміти під висловом “наукова діяльність” згідно закону України? Які види наукової діяльності існують? Поясніть основні поняття, що мають до цього відношення.
  4.   Що таке дослідно-конструкторська робота? Її основні завдання і зміст. Чим вона відрізняється від науково – дослідної роботи?
  5.   Опишіть структуру організації науки і наукової діяльності в Україні.
  6.   Опишіть, які форми фінансування навчання вам відомі?  Як на вашу думку, чи повинна існувати державна форма оплати навчання і у якому обсязі? Можливо запровадити таку процедуру: берете кредит для навчання, а якщо розподіляєтесь на роботу за державним замовленням, то держава сплачує кредит, а якщо ні, то ви самі?   


Добре організований мозок

вартує більше ніж

добре наповнений

(Г. Монтень)

2. Основи психології наукової творчості

Завдання цієї лекції – висвітлити основні риси характеру, властивості особи, які необхідні досліднику. Тобто на особовому рівні слід розкрити поняття “Дослідник”, вияснити, які якості виокремлюють дослідника серед інших людей?

Можна формально означити дослідника як людину, діяльність якої спрямована на пошук нових фактів, явищ чи законів природи, людського суспільства, розкриття суперечностей у системі наукових знань і т.п., тобто націлену на їх створення.

Але чому і яким чином вони це роблять? Знання особливостей організації психіки і принципів роботи думки таких людей необхідне для того, щоб допомогти розкрити задатки дослідника у молодих людей, допомогти їм удосконалити ці властивості. Можна запитати – навіщо це?

Річ у тім, що темпи еволюції суспільства, яке ґрунтується на конкуренції, змаганні особистостей, народів і держав вимагають нових знань, а це вже завдання для дослідників.

Дуже важко дати перелік якостей, що необхідні досліднику хоча б тому, що його робота нестандартна і багатогранна, характерна індивідуальним підходом як на етапі формулювання задачі, так і в процесі її вирішення. Проте існують деякі спільні риси характеру, що притаманні більшості відомих вчених. Прислухаймося до їх думки.

2.1. Риси дослідників зі слів видатних вчених

Чарльз Дарвін. Мій успіх як людини науки був результатом багатьох якостей та умов. Найважливішими з них були: любов до науки, терпіння при довгому обдумуванні будь-якого питання, старанність під час спостережень і у процесі збирання фактів та властива мені винахідливість і здоровий глузд.

К.А. Тімірязєв. Від самостійного дослідника необхідно вимагати:

  •  вміння вибрати і сформулювати задачу;
  •  вміння користуватися сучасними методами досліджень;
  •  вміння аналізувати результати, тобто зрозуміти, що дали дослідження та чи дали вони хоча що-небудь.

Д.І. Мендєлєєв. Уміння від часткового переходити до ймовірно справедливого чи без сумніву істинного представляє суть наукової самостійності.

А. Ле Шательє. Однією з причин успіху Клода Бернара та Луї Пастера була притаманна їм здатність змінювати свою початкову думку. Маючи бурхливу уяву, вони кожен день кували нові гіпотези, але коли ці гіпотези не витримували натиску фактів, тут же відмовлялися від них.

В. Оствальд. Характерною ознакою дослідника є те, що він йде новим шляхом, прокладаючи його для інших. Але необхідною передумовою такої поведінки є його повна неповага до торованих шляхів. Діти та молодняк тварин мають таке ж прагнення дослідити навколишнє середовище і всунути свій ніс всюди. Отже, риса дослідника присутня у всіх, але не у всіх вона настільки сильна, щоби зберегтися на все життя.  

П.І. Карпов (психіатр). Здатність робити висновки на підставі недостатньої кількості інформації є дуже важливою ознакою вченого. Ця властивість важлива для процесу творчості і якщо люди володіють нею, то вони думають як генії. Хоча не всі циркулярні люди є геніями, але всі генії, на нашу думку, є циклотиміками, що думають за шаблоном притаманним для хворих на циркулярний психоз. Генію властива саме здібність робити висновки на підставі недостатньої кількості фактів і цей спосіб мислення збагачує науку, мистецтво і техніку новими цінностями, випереджуючи свій час на віки.

Є.І. Рігер. Головне, чим повинен володіти дослідник, полягає таким чином не в окремих задатках, котрі можна розвивати, не в знаннях, які можна засвоїти, навіть не у вміннях, яких можна набути практикою, а у внутрішній постійній допитливості, яка викликана прагненням пізнавати невідоме, жадобі зрозуміти причини явищ, в схильності шукати і знаходити неясності. 

Відданість проблемам науки складає головну рису дослідника, що визначає його коло інтересів – прагнення розгадувати. Якщо такої допитливості та пристрасного захоплення науковим пошуком немає, відсутня “одержимість пошуком”, то в кращому випадку буде досягнуто рівня вмілого ремісника. Для дослідника ж типовим можна вважати прагнення шукати труднощі для того, щоб їх долати, нащупувати в природі загадки, щоб їх розгадувати. Я б навіть сказав, що такі риси надають характеру дослідника щось авантурне. Дослідник – це людини схильна бути розвідником, йти дорогою, що веде у невідоме, долаючи неочікувані перешкоди. Багатьох вабить романтика переднього краю, але мало здатних витримати і здолати його труднощі. Не дарма Павлов казав, що наука вимагає від людини великої напруги і пристрасті.

Отже, якості, що необхідні для творчої (наукової) діяльності можна умовно розділити на три групи:

1. Мотивація (інтереси, потреби, прагнення);

2. Організація психіки (допитливість, темперамент, емоційність);

3. Інтелектуальний розвиток особи.      

Розглянемо їх детальніше.

2.2. Мотивація (спонукання)

Мотивація дослідника зв’язана з його потребами, які діляться на: біологічні, соціальні та ідеальні (прагнення до пізнання).

Біологічні потреби, наприклад, принцип економії сил, складають основу побутової винахідливості і удосконалення навиків, але можуть перерости в лінощі.

Соціальні потреби складаються з можливості зайняти місце в суспільній ієрархії, добитися стійкого матеріального положення, вищого соціального статусу.

Ідеальні потреби – це прагнення дослідника до пізнання в найширшому змісті. Це прагнення походить від потреби живого в обміні інформацією з оточенням, що співмірне з обміном речовиною і енергією.   

2.3. Особливості організації психіки

2.3.1. Проникливість в пошуку та розгляді проблем - здатність побачити те, що виходить за рамки стандартного.

2.3.2. Спосіб кодування (запам'ятовування) знань нервовою системою. Мозок різних людей володіє різною здатністю засвоювати і використовувати словесний, просторово-зоровий чи цифровий коди.

2.3.3. Здатність до абстрагування і формулювань великого обсягу інформації у вигляді простих співвідношень типу формули:

                                                              U  =  I∙R.                                           (2.1)

2.3.4. Перенесення досвіду - вміння застосовувати навики і схеми мислення, що використовують при вирішенні одних здач на інші. Фактично – це вміння думати та діяти за аналогією.

2.3.5. Бокове мислення. Виникає при умові, що проблема формується як домінанта роботи мозку. Здатність мозку довгий час знаходитися в збудженому стані з концентрацією на одній проблемі є необхідною складовою таланту.

2.3.6. Цілісність сприйняття - сприйняття і оперування проблемою в цілому без дроблення на частини.

2.3.7. Зближення понять – асоціювання віддалених понять, що проявляється, наприклад, при синтезі жартів (парадоксальне мислення).

2.3.8. Готовність пам'яті. Обсяг і швидкодія оперативної пам'яті мозку. При вирішенні проблеми можна використовувати лише доступну для свідомості пам'ять. Отже дуже важливою є здатність контрольованого або підсвідомого обміну інформацією між оперативною та постійною пам’яттю.

2.3.9. Гнучкість мислення – здатність швидко переходити від одних ідей, гіпотез чи об'єктів до інших. Вона включає здатність до подолання фіксованості думки чи схем мислення (згадаймо як важко почати нову справу).

2.3.10. Інтуїція - здатність на підставі часткової інформації вибирати істинну альтернативу.

2.3.11. Здатність до приєднання - властивість швидко приєднувати нову інформацію до по передньої, що дозволяє формувати знання.

2.3.12. Генерація ідей. Думка чи ідея – це не просто асоціативне поєднання декількох понять. Для виникнення думки необхідне створення і збудження в мозку декількох нейронних моделей понять і їх співставлення.

2.3.13. Передбачення (уява). Існує декілька типів передбачення:

а) логічне - майбутнє формується з минулого шляхом логічних ланцюжків суджень;

б) критичне - пошук недосконалостей (суперечностей) у теперішньому часі і умовивід щодо майбутнього як усунення недосконалостей (суперечностей);

в) творче (фантазія) - передбачення принципово нових рис майбутнього, що не мають аналогів у теперішньому часі, хоча і таких, що спираються на елементи дійсності.

2.3.14. Формулювання словесних образів думок - здатність до перекодування думок в словесний код.

2.3.15. Властивість удосконалення.Дрібниці створюють досконалість, а досконалість - не дрібниця” писав Мікельанжело-Боуанаротті. Це здатність до копіткого пошуку досконалого завершення роботи. Щоб робота була довершеною необхідні бажання, воля і труд.

2.4. Рівень інтелекту

Само поняття інтелект означає здатність до мислення, особливо абстрактного. Згідно з сучасним розумінням інтелект є найвищою формою пристосування організму до навколишнього світу.

Вважають, що основними параметрами, які визначають інтелект є швидкість мозкових процесів, котрі визначають швидкість мислення, що є фундаментальним базисом інтелектуальної різниці між людьми. На швидкість мислення ще накладаються такі особливості психіки як зібраність і наполегливість.

Вимірювання інтелекту виконують за допомогою спеціальних тестів, що включають задачі різного типу. Розроблена спеціальна шкала інтелектуального розвитку КІ (коефіцієнт інтелектуальності). Більшість людей мають 90 < KI < 100. Обдаровані, талановиті люди, як правило, мають високий коефіцієнт інтелектуальності, хоча прямої залежності тут не має. Вважають, що існує пороговий коефіцієнт інтелектуальності КІ = 120. Нижче цього КІ здібності практично не реалізовуються, а вищі значення суттєво не впливають на здібність до творчості.

На закінчення перерахуємо фактори, які шкодять процесу творчості: відсутність гнучкості мислення, сила звички, вузькопрактичний підхід, вузька спеціалізація, вплив авторитетів, боязнь критики та страх перед невдачею, надмірна самокритичність, лінощі.

Особливості творчої особи не вичерпуються сказаним, адже кожна позитивна риса має свій антипод - негативну. Тому творчі особи також мають якості, що створюють труднощі при спілкуванні з ними, викликають незадоволення ближніх, в т.ч. і співпрацівників. Найхарактернішими антиподами позитивних рис є:

  •  сумніви в загальноприйнятих істинах, нехтування нормами суспільної моралі і правилами поведінки;
  •  бунтарство, зневага до традицій і часто безпідставна;
  •  постійна захопленість роботою і нехтування людськими взаєминами, як чимось другорядним;
  •  підвищене прагнення до самоствердження, що часом може мати неприємні для співпрацівників, родичів і знайомих форми;
  •  гіпертрофована вимогливість, зокрема до другорядних деталей роботи.

Але все ж головною рисою характеру дослідника є сміливість розуму і духу. Сміливість потрібна для того, щоб сумніватися у звичайному, загальновідомому, думати так, як до цього не думав ніхто, довіряти інтуїції, якщо не має інших аргументів. Сміливість потрібна уяві, щоб представити хоча б обриси невідомого, а пізніше прямувати до них, щоб протиставити свою думку загалу і якщо потрібно, не побоятися конфлікту.

Розум і сила духу потрібні, щоб всі зусилля дослідника не виявилися марними, щоб він і в безнадійних ситуаціях, коли здавалося б вся робота марна і мета недосягнена, міг знаходити в негативному результаті зернини істини, вказівку чи натяк на шлях до розв'язку проблеми, або нову точку зору на неї.

2.5. Проблеми пошуку обдарованих

Вміння виділити найсуттєвіше, основу, найважливіша риса людини, що успішно вчиться. Без аналізу і відбору знань, які засвоюються, розум буде наповнений безсистемними даними, що швидше маскують відсутність знань, ніж свідчать про знання. Для дослідника необхідні знання, що пробуджують і його думку, зароджують бажання до пошуку нових фактів та зв’язків між ними, примушують розум запитувати “чому так, а не інше?”.

Проте, кому передавати знання? Хто має задатки, які можливо розвинути в риси характеру дослідника?

Очевидно, що розвивати здібності потрібно якомога раніше, найкраще з дитинства. Але життя вчить, що відшукати здібних дітей нелегко, бо в дитинстві, навіть найвидатніші вчені, не завжди демонстрували видатні здібності.

Відомо, що А. Ейнштейн пізно почав говорити. Роберт Маєр та Рене Декарт вважалися в школі нездібними. Едісон через неуспішність був виключений зі школи, таким же був і Лібіх. Оствальда вважали поганим учнем.

Проте видатні здібності інколи не проявлялися і пізніше, в університетський період. Коли Гегель закінчив університетський курс і отримав звання кандидата богослов’я, то в атестаті було підкреслено, що він здібний, але не має знань, а в філософії може вважатися ідіотом. Прямий підхід до діла Фермі, проста мова без зайвих слів, розглядалися в старших класах школи, як недостатня жвавість його розуму.              

Чим більше розвинена в дитині схильність до наслідування, тим легше їй вчитися, тим кращий з неї буде учень, але в цьому випадку страждає оригінальність та самобутність. Саме в цьому полягає причина низьких шкільних оцінок видатних людей. Якщо дитина цікавиться чимось звичайним, поширеним, наприклад, технікою, автомашинами, то така цікавість звичайна і про обдарованість не свідчить.

Навпаки, коли помітили у дитини стійку цікавість до якогось явища, заняття, що не дуже заохочується і дитина в цьому напрямі дуже старанна, то вона може мати здібності дослідника.

Приведемо тут міркування В. Оствальда про характерні риси обдарованих учнів “... ці учні ніколи не задоволені тим науковим матеріалом, що їм викладається. Вони завжди його скептично оцінюють або мають до нього багато питань. Це є наслідком внутрішньої розумової роботи щодо викладеного матеріалу. Людина з середніми здібностями тратить майже весь час на засвоєння матеріалу; для обдарованої людини матеріал, що викладається, лише поштовх до самостійного дослідження. Видатні люди вже в юності відрізняються від інших незалежними поглядами і здатністю до самостійної роботи”.

Зауважимо, що схильність до задавання запитань і скороспілий скептицизм можуть також свідчити про верхоглядство та лінощі, а такі риси властиві найгіршим учням.

Застосування тестів для відбору талановитих учнів не може бути основним засобом, воно має лише допоміжний орієнтаційний характер. Найпоширенішим методом відбору в нас є іспити. Проте їх результати не завжди достовірні. Відомо багато випадків, коли навіть сумлінні екзаменатори грубо помилялися. Наприклад, А. Чехов не мав ніколи більше “трійки” за твори, а в атестаті з російської мови мав лише “четвірку”. М. Горький був прийнятий за результатами вступних іспитів в консерваторію, а Шаляпін – ні. Коли Салтиков-Щедрін написав замість дочки шкільний твір, то заробив оцінку “два” з коментарем: “Не знаєте російської мови”.

Ось думка А. Ейнштейна про іспити: “Іспитові вимоги завжди штучно завищені, необхідному рівню вимог екзаменовані можуть відповідати лише декілька годин, а пізніше з цим розлучаються назавжди”.

Час іспиту обмежений, відповідь не будуть чекати надто довго і при затримці будуть вважати екзаменованого або незнаючим або тугодумом. Тоді як в серйозних справах затрати значного часу необхідні. За свідченням Ньютона, Ейнштейна, Павлова вони над проблемами думали постійно і вперто.

Слід пам’ятати, що лише біля 7 – 10 % людей здатні мислити самостійно на підставі відомих їм законів. Більшість може лише навчитися діяти і міркувати згідно з вказаними правилами і схемами.  Через це в студентському середовищі до цих пір, поки потрібно здавати іспити і виконувати вправи, більшість вчиться успішно. Але вже на старших курсах, коли починаються дослідні роботи в лабораторії, блискучі студенти інколи поступаються спочатку більш скромним, але з “царем в голові”.

З отриманням диплому про вищу освіту закінчується етап навчання, що ґрунтується на принципах педагогіки, тобто науки про передачу знань від одного до іншого. Подальша освіта, розвиток дослідницького обдарування може вже вважатися завданням евристики. Ось, що думав про це академік О. Несмєянов: “Головне, що повинна дати освіта і про, що часто забувають, – це  не багаж знань, а вміння використовувати цей багаж. 

Вміння застосовувати знання складається з двох складових:

  •  володіння технікою роботи, це приходить з досвідом;
  •  вміння формулювати і вирішувати задачі в своїй галузі роботи.

Отже, головна мета освіти – тренування мозку щодо все більш творчого формулювання і вирішення задач”,

2.6. Методи розвитку здібностей дослідника

Галілей, Ньютон, Лейбніц, Дарвін, Ейнштейн і десятки тисяч високоталановитих вчених навчалися прийомів дослідницької роботи від своїх вчителів, з їх прикладу, оскільки тоді не було, тай зараз не має, універсального підручника з методики навчання дослідницької роботи, хоча написано багато книжок, котрі присвячені цій проблемі. Знайомити з результатами власної, чи чиєїсь, роботи простіше, ніж показати дорогу як самому здобувати нові знання.

Про тих хто придатний для підготовки дослідників думка І. Тамма “Успішно готувати активних дослідників в науці і техніці можуть лише ті вчені, котрі самі безпосередньо працюють з захопленням. Ніякий переказ найновіших підручників та останніх статей з наукових журналів людьми, що дослідженнями не займаються, не може мати успіху. Адже “розум юнака – не посуд, який потрібно наповнити, а факел, який необхідно запалити””.

Багато психологів, що займаються проблемами творчості вважають, що для розвитку здібностей дослідника корисно, коли себе відчуваєте впевнено в якійсь галузі, вивчити суміжну область науки. На стику наук дуже багато “білих плям”. Істинне знання будь-якої області науки полягає не в сумі знань, а в розумінні обмеженості знань в цій області. Для розуміння цього досліднику-початківцю дуже корисно вивчати якусь галузь знань не за підручником, а читаючи оригінальні наукові праці тих вчених, які вперше досліджували явища.

Часом, в пошуках вправ для розвитку уяви деякі вчені читають наукову фантастику, наприклад, Д. Мендєлєєв любив твори Жюля Верна.

Удосконалення якостей дослідника зводиться, в основному, до вдосконалення його мислення. Оскільки деталі механізму мислення поки що не відомі, то процес мислення умовно розділяють на складові елементи, що його забезпечують. Ними є:

  •  пам’ять;
  •  спостережливість;
  •  уява;
  •  кмітливість.

Ці елементи (здібності) можуть бути між собою зв’язані. А оскільки процес мислення не вивчений, то прямих методів удосконалення здібностей поки що не має. Проте існує загальнобіологічний принцип, що удосконалюються саме ті органи, якими найчастіше користуються. Тому єдиний метод удосконалення здібностей – це тренування перерахованих вище елементів.

Цікавою є історія, яка стала поштовхом для дослідження механізму технічної і наукової творчості. Один з провідних вчених військово-промислового комплексу США грунтуючись на дослідженнях організації науково-дослідних робіт сформулював такий закон:   

“Затрати, що необхідні для досягнення заданого наукового результату обернено пропорційні до здібностей вченого, котрий повинен його отримати.”

Усвідомлення того, що здібні працівники економлять кошти фірми при досягненні її цілей, тобто в повсякденній роботі і розуміння того, що для успіху фірм необхідні обдаровані або хоча б здібні працівники, привело до появи великої кількості тестів для виявлення здібностей та методик їх тренувань. Одні з перших методик відбору здібних людей та їх навчання науковій творчій роботі сформувалися в ХІХ ст.

Наприклад, Лібіх охарактеризував свою методику навчання дослідницькій діяльності так “... кожного ранку я приймав звіт від кожного співробітника про результати роботи попереднього дня, а також виясняв його точку зору на стан проблеми в поточний момент. Я згоджувався з ним або робив зауваження, проте ніколи не вказував шлях до розв’язку проблем; кожен мусив шукати свої шляхи”.

Така методика добра, але шлях навчання повільний і довгий оскільки досвід роботи накопичується завдяки реальним експериментам.

Інший шлях розвитку нахилів до творчості і здобуття досвіду дослідницької роботи розробив Є.І. Регірер. Він пропонує метод, який називається “Відкриття відомого”. Припустимо, що відоме якесь явище чи вирішення проблеми про які учень нічого не знає і вчитель пропонує їх відкрити або вирішити проблему, а для цього спланувати необхідні досліди та вивчити наукову літературу. Через деякий час учень пропонує свій варіант розв’язку завдання і обговорює його з учителем. Вчитель може підказати новий напрям віртуального експерименту, якщо учень зайшов у “глухий кут”, або не вмішуватися, якщо учень рухається в правильному напрямку.

Такий інтерактивний метод навчання і розвитку здібностей сьогодні реалізують за допомогою комп’ютерних програм інтерактивного навчання або часом оформляють ці програми як ігрові. Особливо цікаві з позиції методики навчання і розвитку розумових здібностей є різного типу логічні ігри, в т.ч. комп’ютерні.

2.7. Гігієна розумової праці

Тренування розумових здібностей, розв’язування логічних задач, віртуальна наукова діяльність чи тренування на комп’ютерних симуляторах можуть призводити до перетренування чи розумової перевтоми, а в подальшому спричиняти розвиток неврозів або патологічні зміни в структурах організму. Наведу історичний приклад.

Ньютон працював безперервно, не прогулювався, не їздив верхи, не грав в кеглі, не займався спортом; він вважав, що тратить час, коли не займається наукою. В результаті, після того як згоріла його бібліотека і лабораторія та через перевтому він втратив розум.

Слід пам’ятати, що розумова робота збуджує і п’янить, а це виключає правильну суб’єктивну оцінку втоми. Людина в процесі роботи не відчуває втоми, але пізніше виявляються всі очевидні ознаки перевтоми.

Працюючи на комп’ютері, ви не лише втомлюєте свої очі та  виснажуєте психіку, але знаходитися під дією імпульсного електромагнітного випромінювання. Інтенсивність його фону зростає в 50 – 100 раз відносно природного при роботі комп’ютера на відстані до 10 – 20 м. Крім цього екран монітора є джерелом рентгенівського випромінювання, яке частково іонує повітря, змінює його іонний склад. Сукупна дія цих факторів до сьогодні добре не вивчена, але те, що вона веде до розвитку хвороб або загострення хронічних – це очевидно, крім цього виникають специфічні проблеми зв’язані з сидячою роботою, які призводять до розвитку радикуліту та сексуальних проблем.

Тому після 30 – 45 хв. сидіння за робочим столом чи комп’ютером необхідно 10 – 15 хв. рухливості; встати, пройтися чи прогулятися на свіжому повітрі або принаймі пройтися сходами.        

Розумова діяльність виражається в спеціальних нейрофізичних станах людини: збільшується біоелектрична активність мозку, підвищується інтенсивність кровообігу, зростає нервово-психічна напруга, оскільки обробка і засвоєння інформації супроводжується високим емоційним навантаженням.

Багаторазові досліди фізіологів і психологів дозволили побудувати графік працездатності людини протягом робочого дня, див. рис.1. Згідно з цим графіком існує декілька періодів працездатності.

1. Період адаптації до роботи. Він триває від кількох хвилин до години (працездатність за цей час збільшується), але продуктивність невелика, оскільки людина відволікається навіть незначними подразниками. На цьому проміжку необхідні вольові зусилля для збільшення продуктивності.

2. Період найбільшої працездатності. Він характеризується найбільшою продуктивністю. Тривалість другого періоду може зменшуватися при підвищенні інтенсивності праці, погіршенні умов (шум, погане освітлення, неготове робоче місце і т.п.).

3. Період нестійкої компенсації. В цей час наростає втома, див. рис.1, працездатність знижується. Волею можна загальмувати зниження продуктивності праці, але не позбутися втоми. Чутливість рецепторів (очей в першу чергу) знижується, погіршується пам’ять. Тут необхідно робити перерву в роботі.

4. Період “фінішний ривок”. Завдяки вольовим зусиллям можна змобілізувати сили організму і досягнути підвищення працездатності. Але це не на довго і не всі можуть.

5. Період прогресивного зниження працездатності. Характерний швидким ростом втоми і зниженням продуктивності праці. В цьому випадку необхідно припинити роботу, оскільки втома може перейти в перевтому.

Негативну емоційну напругу втоми або невдачі в роботі можна компенсувати або нейтралізувати засобами психічної гігієни. Її елементами є:

  •  зміна орієнтацій при неможливості досягнення мети; людина повинна переключитися на іншу мету;
  •  знецінення раніше сформульованої мети (малу втрату легше перенести ніж велику);
  •  необхідність попередньо продумувати можливу невдачу (це дозволить уникнути комплексу неповноцінності, а інколи попереднє обдумування можливої невдачі дозволяє їй запобігти);
  •  навички релаксації – зняття напруги шляхом спеціальних вправ протягом 15 – 30 хв.;
  •  довірлива розмова з друзями чи колегами (вона забезпечує ефект “співчуття в біді”);   
  •  гумор – забезпечує тимчасовий перепочинок від психологічних перевантажень і дозволяє відновити сили.

Загальною умовою успіху психогігієни є об’єктивне пізнання людиною себе. Успіх, за звичай, з тим, хто правильно оцінює свої можливості, свої обов’язки і співмірює можливості рівню претензій.

2.8. Питання для самоконтролю

1. Навіщо потрібно аналізувати психологію творчості, спосіб мислення і організацію психіки творчих працівників, дослідників ?

2. Сформулюйте коротко на підставі думок видатних вчених, які основні риси притаманні творчій натурі ?

3. Яка, на Вашу думку, роль мотивації в роботі дослідника, які види мотивацій керують вчинками людей (не лише дослідників)?

4. Перелічити основні особливості, психіки дослідника (не менше 5-ти) і поясніть ваше розуміння цих особливостей.

5. Чим визначається інтелект (дайте означення цього поняття), які способи вимірювання (оцінки) інтелекту  вам відомі ?  

6. Кажуть, що основною складовою інтелекту є швидкість мислення і пам’ять. Чи цього достатньо для успішної дослідницької роботи?

7. Чи залежать природні здібності від тренування, чому ? Яким чином тренувати  здібності людини?

8. Які існують способи пошуку обдарованих людей (які методи)?  Чим вони відрізняються ?

9. Наведіть приклади помилок оцінок здібностей у людей  в т.ч. з вашої життєвої практики.

10. Які існують (і чи існують взагалі) способи, методики розвитку здібностей? Як співвідносяться знання і здібності, в чому вони пересікаються  і  в  чому полягає різниця між ними?   

11. В  чому  суть  методу  віртуальної  дослідницької  роботи  за Є.Регірером? Чи можна цей метод адаптувати для використання ПЕОМ?

12. Як змінюється з часом продуктивність розумової праці? Які правила гігієни розумової праці вам відомі?  В чому їх зміст?

13  Вкажіть   основні   способи   зняття стресу  і  перевантажень. В чому їх суть?  В чому полягає запорука успішної розумової роботи?

14.  Які правила роботи з комп’ютером вам відомі? Які  проблеми можуть виникнути у працівника при нехтуванні ними?

3. Принципи організації роботи та етичні норми

   наукового колективу

Науково-технічна творчість це з точки зору багатьох міркувань чисто індивідуальний процес і його символом можна вважати одинокого, сивого алхіміка в захаращеній інструментами лабораторії або молодого чоловіка, що дні і ночі сидить згорбившись за комп’ютером, гарячково переглядаючи варіанти вирішення проблеми.

На щастя це не так. Біля 70 % всіх винаходів у світі – це результат колективної роботи, а кількість людей, які професійно працюють в інституціях, що орієнтовані на дослідну і винахідницьку діяльність невпинно росте. Всі вони (чи переважна більшість) працюють в колективах. Отже, колектив повинен бути системою, що сприяє творчості і не виключає індивідуальну ініціативу. Тому головними щодо  забезпечення продуктивності колективу є організаційні і соціально-психологічні проблеми.

В подальшому під означенням “колектив”, ми будемо розуміти групу людей з властивою їй структурою, взаємовідносинами і розподілом ролей.

Сформулюємо декілька основних принципів побудови і функціонування колективу.

3.1. Спеціалізація членів

Специфіка творчості вимагає того, щоб в колективі були люди, які при розв’язуванні задач грають різні ролі. Наприклад, один із співробітників – “генератор ідей”, другий – “критик”, третій – “організатор”, четвертий – “виконавець”, п’ятий – впроваджує результати і т.д. На практиці, найчастіше, співробітники суміщають декілька ролей одночасно. Спеціалізація завжди властива групі людей, що об’єднані однією справою чи метою.

3.2. Принцип гетерогенності

Оскільки при розв’язуванні якоїсь науково-технічної задачі завжди зустрічаються різнорідні проблеми, то склад колективу теж повинен бути різноманітним – це називають принципом гетерогенності.

3.3. Принцип сумісності

Крім цього в колективі повинен забезпечуватися принцип сумісності (неантагоністичності) членів, тобто формуватися такий стиль взаємовідносин, при яких жодні життєві колізії і наукові суперечки не призводять до дестабілізації роботи колективу. Розрізняють сумісність:

  •  фізіологічну;
  •  психологічну;
  •  моральну;
  •  інтелектуальну.

3.4. Принцип відповідності

Він вимагає, щоб формальна ієрархія в колективі співпадала з фактичною субординацією. Здібності і досвід керівника повинні відповідати складності проблеми, яку вирішує колектив. Часто “офіційний колектив”  самочинно розпадається на групки, що згуртовуються навколо “неофіційних”, але авторитетних лідерів. Цей факт свідчить про порушення принципу відповідності.

3.5. Принцип перманентності

Колектив повинен постійно обновлятися, інакше він буде старіти і його творча активність буде спадати. Завдяки тому, що зрілі співробітники стають невдоволені своїм залежним від керівника станом, посилюється несумісність між керівником та співробітниками. Крім цього втрачається зацікавленість у самовдосконаленні старших членів колективу. Тому, при можливості, в середині колективу, за необхідності збереження його цілісності, потрібно створювати робочі групи на чолі з досвідченими працівниками (порівняйте з п.3.4) .

3.6. Кількість співробітників і внутрішні зв’язки

Вважають, що оптимум для творчого колективу це 10 – 15 співробітників. Саме такими групами в світі виконується біля 80 % розробок  і це при тому, що вони використовують менше 50 % ресурсів, що затрачаються для науково-технічних розробок. Зі збільшенням кількості співробітників зростає число внутрішніх контактів, але вплив окремих членів на групу зменшується, ускладнюється спілкування, зростає дистанція між активними і пасивними членами. Часто, через знеособлення роботи, зменшується задоволення від неї.

Але з ростом колективу зростають і його творчі ресурси та засоби.

3.7. Принцип наукової рівності          

Зміст цього принципу полягає в тому, що значимість та істинність ідеї не залежить від того, хто і при яких обставинах її сформулював. Це означає, що не залежно від рангу “генератора ідеї”, вона повинна бути належно оцінена і обговорена.

3.8. Принцип свободи творчості

Всі члени колективу в межах загальної мети мають право на вільний вибір раціональних методів роботи і шляхів досягнення мети. Кожен творчий працівник має право на помилку і критику роботи інших членів колективу, а також на довіру і мінімально необхідну регламентацію зі сторони керівника.

3.9. Принцип постійної інформованості

Керівник повинен систематично інформувати колектив про результати роботи, як успішні так і провали. Важливо при цьому мати з колективом найрізноманітніші форми зворотного зв’язку.

3.10. Взаємовідносини керівника і колективу

Керівник повинен знати різні сторони життя співробітників, їх запити, прагнення та інтереси. При можливості, в разі їх успішної роботи, необхідно ефективно компенсувати фізіологічні, моральні та інтелектуальні затрати працівників відповідно до їх запитів.

3.11. Функції керівника

Керувати це значить – передбачати, організовувати, координувати, контролювати. Основні функції керівника такі:

  •  вибір мети для колективу;
  •  планування роботи;
  •  підбір і розміщення кадрів;
  •  вирішення поточних проблем;
  •  створення в колективі творчого клімату.

Керівник не повинен бути (занадто часто) виконавцем чи критиком роботи інших. Група працює більш ефективно, якщо керівник генерує ідеї і забезпечує їх організацію. Дуже важлива його роль як комунікатора, як всередині групи, так і з оточенням (представницькі функції).

Керівник сприяє досягненню мети колективу, якщо концентрує увагу співробітників на роботі, а не на взаємовідносинах; не нав’язує власної думки; організовує спільне обговорення задач; сприяє атмосфері вільного обміну думками та ідеями; застосовує тактику руху колективу від простих задач до складних.    

Із зростанням кількості членів колективу (більше 8-ми) збільшуються труднощі керівника щодо управління. Розглянемо декілька стилів поведінки керівників у таких випадках.

Авторитарний стиль

Керівник старається дальше контролювати роботу кожного співробітника. З ростом кількості співробітників виникає хаос в управлінні. Керівник дає завдання одному, а вимагає з другого. Завжди знаходяться такі співробітники, які отримавши завдання його не виконують та приймають тактику “дальше від начальства”, справедливо вважаючи, що про доручення керівник забуде.  

Створення керівного ядра в колективі

Керівник з найдосвідченіших і ділових співробітників виділяє керівне ядро з 3 – 4 -х чоловік, яким передоручає свої функції відповідно до здібностей працівників. Ситуація в колективі в такому випадку контролюється, оскільки в полі зору керівника постійно перебуває мала кількість людей, з якими можна ефективно працювати. Такий розподіл обов’язків потрібно закріплювати моральними та матеріальними засобами.

Хаотична структурованість

Цей стиль управління пасивний, оскільки управління повністю передається в руки самих виконавців, що невідворотно веде до хибного кругу (кругової поруки), коли співробітники передоручають один одному невластиві їм функції і т.ч. уникають індивідуальної відповідальності за результат роботи.

Успіх діяльності колективу, його продуктивність та перспектива дуже залежить від форми і методів керівництва, індивідуальних особливостей його членів, а найбільше від якостей керівника.

3.12. Співвідношення між індивідуальною і колективною

          роботою      

Колективна робота має переваги там, де є необхідність розподілу праці і одночасної роботи за паралельними напрямками або над суміжними темами чи, коли необхідно виконувати великий обсяг робіт за апробованою методикою.

У випадках, коли мова йде про пошукові дослідження важливою є індивідуальна творчість. Взагалі кажучи, винахід, наукове відкриття, ідея наукового дослідження завжди мають свого автора (чи авторів), тобто є переважно продуктом індивідуальної творчості.

3.13. Організаційні структури творчих колективів

Раціонально організована система зв’язків між членами в колективі активізує творчість, якщо потоки інформації рухаються у двох напрямках (зверху-вниз і навпаки). Односторонній рух інформації зверху до низу, що характерний для авторитарного управління, не задовільняє виконавців внизу.  Перевантаження керівника різноманітними обов’язками блокує роботу в колективі.

Відомі різноманітні організаційні структури малих колективів, рис. 3.1 – 3.4.

Перша з них – “розірваний ланцюг” – розділяє процес на окремі кроки і не сприяє ефективній роботі, рис.3.1.

                                                          

                                                            Рис. 3.1.

Структура “зірка” організовується тоді, коли співробітникам доручають паралельно виконувати частини задачі і результати передавати керівнику. В цьому випадку дуже корисно час від часу організовувати спільну робочу нараду виконавців для обговорення результатів і корекції шляхів розв’язку проблем, див. рис.3.2.

Структура “круг” вигідна, коли розв’язок задачі ведеться окремими циклами, наприклад, послідовно різними спеціалістами, див. рис.3.3.                                                

Найбільш ефективною є структура “переплетена сітка”, характерна режимом вільного обміну даними та досвідом всіх   членів колективу, див. рис.3.4.  

3.14. Наукова школа

Контакти людей в колективі, стиль роботи і особа керівника, взаємовідносини вчителів та учнів, старих і молодих працівників інтегрується в поняття наукової школи. Вона є, по-перше структурною коміркою науки (колектив з керівником, що вніс оригінальні ідеї або зробив відкриття); по-друге – формою зв’язку наукових поколінь і здатності до розвитку знань в цьому колективі; по-третє – відображає атмосферу наукової творчості. Найважливішими рисами наукової школи є: демократизм, дух колективізму, відсутність чинопоклонництва, оцінка працівника за здібностями та вкладом у роботу, а не за посадою, повага до критики і виховання самокритики, моральність керівника, його увага до учнів.

 

         Рис. 3.3.                              Рис. 3.4.

3.15. Конфлікти і їх роль в житті колективу

Конфлікт (суперечка)  в більшості випадків може розглядатися як один з важелів управління колективом. Дуже помиляється керівник, коли він не вмішується в конфлікт між членами колективу або його гасить не виявивши суті.

Конфлікт – це суперечка, що назріла в колективі, а джерелом будь-якого розвитку є суперечності, зіткнення протилежних тенденцій і сил. Звичайно, щоб конфлікт відігравав позитивну роль, ним потрібно керувати.

Конфлікти діляться на:  

  •  емоційні (причина таких конфліктів особисті риси характеру учасників або їх психологічна несумісність);
  •  ділові (найчастіше виникають через розподіл прав і відповідальності в колективі).

При конфліктах різні люди поводять себе по різному. Можна виділити такі лінії поведінки:

  •  раціональну, в цьому випадку учасник конфлікту аналізує його причину, позиції сторін, а також методи і засоби конфліктної взаємодії, будує стратегію поведінки;
  •  емоційну, учасник керується неусвідомленими почуттями і мотивами, які мають на меті задовольнити миттєві бажання.

Найчастіше учасниками конфлікту стають:

  •  некеровані особи, без самоконтролю, що не вміють планувати поступки та нехтують їх наслідками;
  •  дуже точні і принципові люди, що характерні добросовісним ставленням до роботи, сумлінністю, високі вимоги до себе вони переносять на оточення, що і є причиною конфлікту;
  •  молоді співробітники, внаслідок нерозуміння необхідності підкорятися виробничій дисципліні, через що в них виникають конфлікти зі старшими колегами, які вимагають від них службової субординації; чим старший співробітник, тим вимогливіше він ставиться до своєї праці, умов праці та організації робочого місця;
  •  люди зі слабим типом нервової системи, внаслідок перевтоми і необхідністю для них частих відпочинків, часто нерегламентованих.

Керівник повинен враховувати, що освіта і її рівень призводять до додаткових проблем в колективі. Чим вищий освітній рівень, тим частіше співробітники шукають можливостей для реалізації свого потенціалу, шукають справу, що дає їм задоволення, розкриває творчі нахили. Це прагнення слід використовувати для управління колективом.

Часто в колективі виникають неформальні групи, що близькі не лише через службові відносини. Така група дуже впливає на своїх членів.  Людина, що є членом групи знаходиться під впливом двох керуючих дій – зі сторони групи і зі сторони керівника.

Якщо керівник через групу впливатиме на працівника, тобто робить її своїм союзником, то ефект впливу буде значним. В іншому випадку група може повністю нейтралізувати дії керівника. Психологічні дослідження показали, що добрі стосунки в групі цінуються вище ніж формальні відносини в колективі (подяка, догана і т.п.).

Т.ч., за умов групової структуризації колективу керівник повинен прагнути знайти форми впливу на групові інтереси, розглядаючи кожну групу як самостійну одиницю і враховувати їх інтереси та специфіку при формуванні стратегії керівництва.

Найдоцільніше завоювати прихильність лідера групи, спертися на його авторитет, зробити його союзником. Слід розуміти, що керувати – означає створити такі обставини і ситуацію, в якій з необхідністю буде отримано запланований результат. Повний успіх в колективі буде тоді, коли він розвивається, коли члени колективу сприймають загальні завдання як свої особисті.

Керівник повинен розуміти, що самі по собі конфлікти не страшні. Негативні наслідки мають нерозв’язані конфлікти, несправедливість і образа, погіршення стосунків, чи невмотивоване звільнення.  

3.16. Організація ділових нарад

Умовно  ділові наради можна розділити відповідно до питань, що на них розглядаються:

  •  адміністративні;
  •  кадрові;
  •  фінансові;
  •  технічні;
  •  технологічні;
  •  оперативні.

Проте, часто зручно класифікувати наради за типом задач, що підлягають вирішенню. Ось деякі з них.

Проблемні наради – їх завдання – пошук оптимального управлінського розвитку задачі, яка обговорюється. Вони організовуються за такою схемою: доповідь  питання  дискусія  розробка рішення. Щоб нарада була ефективною її необхідно підготовити, а саме: роздати тези доповіді, довідки, що стосуються доповіді, проект рішення.

Інструктивні наради – передача розпоряджень “зверху до низу” для швидкого виконання. На таких нарадах необхідно розробити чіткі директиви для кожного підрозділу чи групи, визначити конкретні строки виконання для кожного співробітника, що узгоджені з загальними термінами.

Оперативні наради – на цих нарадах інформація йде за схемою “знизу вгору”. Тут виявляють ділянки роботи, на яких необхідно зосередити основні зусилля.

Підготовка нарад – це комплекс організаційних заходів. По перше – дні та години нарад повинні бути постійними. Найкраще робити нараду в кінці дня, зранку доцільні лише оперативки.  

В нараді повинні приймати участь лише найнеобхідніші люди. Керує нарадою керівник або його заступник. Проте за виконання рішень наради відповідає керівник.

Перед початком наради слід вказати орієнтовний час її закінчення, а також добре продумати перелік питань, що обговорюватимуться (програму). Звичайно на нараді обговорюють два-три головні питання та два-три додаткові.

Доповіді з головних питань роблять спеціалісти, які відповідають за ці ділянки роботи.

Дискусія вимагає детальної продуманості і в ній слід дотримуватися таких правил:

1. Не допускати прямих нападів на опонентів.

2. Керівник, зокрема, повинен бути дуже тактичним.

3. Спочатку обговорюють ці питання, щодо яких відсутні протиріччя.

4. Після цього розглядаються з аргументацією спірні питання.

5. Недопустимо використовувати оцінки типу “несерйозно”, “сумнівно”, “з цим важко погодитися” і т.д.

Метою кожної наради є прийняття рішення.

Рішення готується спеціальною комісією або керівником, який підсумовуючи нараду формулює рішення. Якщо питання не ясне, то рішення відкладають до вияснення додаткових обставин. Остаточно рішення приймає керівник або його формулюють на черговій нараді.

Керівнику наради необхідно орієнтувати учасників на прийняття прямих, чітких, однозначних рішень, які не допускають двозначностей. Не слід використовувати такі формулювання рішень: “покращити роботу”, “звернути увагу”, “підвищити рівень” і т.п.

Необхідно встановлювати тверді строки виконання рішень та назначати осіб, що здійснюють контроль за їх виконанням і зобов’язані інформувати про це керівника. В той же час, виконавцям необхідно надавати права і можливості.

Практика ділових нарад вказує на те, що раціональна робота оперативки не перевищує 20 - 30 хв.,  проблемних нарад – 1,5 - 2,0 год., причому складні питання слід детально розглядати не довше 40 - 45 хв. Якщо нарада затягується, то її необхідно припинити до пошуку прийнятного рішення іншим разом. Доцільно при проведенні нарад зобов’язати секретаря наради нагадувати учасникам та керівнику про регламент і необхідність переносу питання, вирішення якого не визріло.

3.17. Етичні засади науково-технічної творчості

Творчість за своєю за своєю природою передбачає активність, ініціативу, нехтування усталеними поняттями, свободу духовного і практичного самовираження та самоутвердження. Пізнання, отримання нових знань про світ – це найважливіша функція наукової творчості. Її успішна реалізація можлива лише за умов, коли працівник (дослідник) об’єктивно вивчає предмет дослідження, тобто орієнтований на безстороннє вивчення, сприйняття об’єкта таким, яким він є насправді. Останнє означає, що в дослідника не має іншої мети окрім пошуку істини.

В протилежному випадку діяльність, яка імітує наукову, але не спрямована на пошук істини, є звичайним шахрайством (обманом).

Вимога наукової об’єктивності може бути сформульована як моральна (етична) вимога щодо наукової діяльності.

Будь-яке твердження, відкриття, винахід і т.п. повинно бути всесторонньо доведеним, ретельно перевіреним засобами з доступного арсеналу науки. Якщо у дослідника є сумніви щодо істинності наукового факту, то при публікації результатів роботи він повинен про це чітко говорити.

Намагання будь-що проштовхнути свої “відкриття” або “винаходи”, застосовуючи демагогію або інші засоби, можуть мати сумні наслідки. Представимо, наприклад, технологію, яка була впроваджена у виробництво, але не була обгрунтованою і через це себе не виправдала. Через це потрібно мати силу духу і волю змінити, а може і відкинути улюблену, але хибну теорію, коли їй суперечать факти.

Етичні норми доказовості будь-яких наукових суджень спонукають дослідника бути вимогливим до себе, самокритичним. Вони застерігають від поспішних висновків та публікацій. Хоча останнє не означає, що публікувати наукові результати потрібно лише в остаточному варіанті. Якщо предмет дослідження актуальний, то мають наукову цінність і проміжні результати, оскільки вони можуть бути корисними для інших дослідників.      

Наукові результати перед опублікуванням, як правило, обговорюються з колегами на семінарах, оцінюються опонентом.

Опонент – представляє протилежну думку, претендує на повне або часткове заперечення судження автора. І якщо точка зору опонента автору здається помилковою, то це слід довести науково. Повага до опонента означає точне цитування чужих праць, що стосуються даної роботи і усвідомлення суті протилежних точок зору, а це вимагає їх детального вивчення.

Науково-технічна творчість можлива лише на підставі використання робіт попередників в умовах постійного обміну інформацією з колегами або іншими колективами, що працюють в цій же галузі (напрямі). Ця обставина покладає на дослідника дуже важливий обов’язок – правильно оцінювати свій вклад у результати досліджень і формування знань в актуальній галузі, вміти об’єктивно оцінювати себе.

Граничним виявом наукової недобросовісності є плагіат, присвоєння собі чужих заслуг, ідей, вирішення задачі, висновків і т.п.

Буває, що співробітник працює з колегами, але публікує результати роботи лише від свого імені. До порушення етичних норм, плагіату, відноситься і використання автором в оригінальній роботі чужих, принципіально важливих думок, доведень і т.п., без посилання на першоджерело, тобто без згадування істинного автора. Це одна з форм плагіату, що найчастіше зустрічається. Слід розуміти і пам’ятати, що плагіат не дає людині морального права називатися дослідником, вченим.

Як правило, нечистоплотні “вчені” швидко зазнають “наукової смерті”. Це означає, що такий автор працює, публікує роботи, але ніхто не звертає на них уваги, на згадування про такого ”вченого”  наукова громадськість накладає табу.

Може бути ситуація, коли дослідницька робота виконується кількома вченими або незалежними групами вчених, зокрема в різних країнах і дослідники майже одночасно отримають однаковий результат. Питання “хто перший?”, тобто пріоритет, вирішується за датою публікації повідомлення про результат.

Питання пріоритету дуже важливе для дослідників, оскільки є мотиваційним елементом їх діяльності, проте воно у важливих випадках може стати також престижним для наукового закладу чи для національної науки в цілому.

Часто виникає питання “хто має право бути автором наукової роботи?” Слід розуміти, що не кожен трудовий внесок в роботу дає право на співавторство, тобто  право підписатися під роботою і претендувати на її результати.

Не мають права на співавторство люди, які виконували лише технічну роботу (не важливо якого рівня), тобто не зробили достатнього внеску у дослідження чи створення винаходу. Зокрема, авторами винаходу признають лише людей, творчою працею яких винахід зроблено.

Не може бути автором винаходу особа, що не брала творчої участі в роботі над винаходом, а лише виконувала свої службові обов’язки (керівник, допоміжний персонал, колеги). Для співавторства у винаході необхідні дві компоненти:

  •  спільна праця;
  •  творча праця.

Склад творчого колективу визначається лише авторами технічного рішення, формально вклад кожного співавтора визначають у авторській довідці.

При творчій співпраці особливе значення мають взаємна доброзичливість, довіра, щирість у відношеннях, відсутність марнославності, гонору, бажання виділитися будь-якою ціною.

Слід пам’ятати, що члени колективу не рівні за своїми творчими можливостями, але оскільки вони творці і вносять посильний вклад в створення винаходу, то здібніші співробітники повинні за заслугами оцінювати їх вклад і самі не цуратися чорної роботи.

Високий професіоналізм – одна з вимог, що ставиться людині, яка присвячує себе науці. Професіональна етика без професіоналізму – пустий звук, оболонка. Але чи завжди в історії науки її творцями були лише професіонали?

Відомо, що Ампер і Фарадей не мали спеціальної освіти. Вольт навчався в єзуїтській школі, Джоуль був пивоваром, Копернік, Гельмгольц та Маєр були лікарями, а Авогадро, Лавуазьє і Ферма – юристами за освітою. Та й в наш час Едвін Хабл – теоретик астрофізик і Луї-де-Бройль – один із засновників квантової механіки, були, відповідно, юристом і філологом. Але це з формальної точки зору. Насправді, ці люди зробили свої відкриття лише після того, як стали найдосвідченішими спеціалістами в своїй галузі.

Визначні ідеї і відкриття народжуються лише завдяки професіоналізмові, бо лише тоді виникає інтуїція, яка є передумовою відкриття.

Етика особистої дослідницької роботи переплітається з етикою керівництва науковим колективом (групою, лабораторією). При колективному дослідженні взаємовідносини членів колективу повинні визначатися їх реальною роллю в його замислі і реалізації, а не лише адміністративним положенням. Творчий колектив може плідно працювати лише тоді, коли статус його членів органічно випливає з їх дійсної ролі в роботі і це адекватно відображається в спільних публікаціях і оцінці спільної роботи. Якщо ж такого не має, то рано чи пізно виникають проблеми в стосунках, які тягнуть за собою розпад колективу.

У професіональній етиці дослідника повинні органічно поєднуватися строге відношення до роботи співавторів і колег (до результатів їх роботи) і терпимість. Сумні приклади з історії  науки свідчать наскільки шкідливими бувають фанатична впевненість у своїй правоті окремих вчених, а особливо тих, які  мають заслужений авторитет (навіть коли вони не вживають адміністративних засобів впливу на інакомислячих). Їх помилкові судження про роботи авторів, що суперечать їх точці зору (часом помилковій), але висловлені публічно, грають роль вироку в очах наукової спільноти і підривають впевненість в істинності вибраного шляху (як тут не згадати про потребу сили духу в дослідника).

Наукова терпимість передбачає широту поглядів, глибоке розуміння принципів організації науки, справжню зацікавленість в її прогресі; вона вимагає у вченого подолання особистої обмеженості, особистих антипатій і симпатій, а коли потрібно, то і вчинків, навіть на шкоду власним інтересам.

Разом з тим наукова терпимість може бути корисною лише разом з абсолютно принциповим і нетерпимим відношенням до наукового обману, шарлатанства, тобто до всього, що протирічить науковій етиці.

Юридично основні принципи наукової етики закріплені в законі України “Про наукову і науково-технічну діяльність”, див. розділ ІІ ст.5: “ ... Вчений при здійсненні наукової, науково-технічної та науково-педагогічної діяльності зобов'язаний:

  •  не завдавати шкоди здоров'ю людини, її життю та довкіллю;
  •  додержуватися етичних норм наукового співтовариства, поважати право на інтелектуальну власність.”

та статті 6 цього ж закону:

“... Науковий працівник не може бути примушений провадити наукові дослідження, якщо вони або їх результати викликають або можуть викликати шкідливі для здоров'я людини, її життя та довкілля наслідки,  а також не може бути притягнутий до відповідальності за відмову від участі у таких дослідженнях.”

Принципи наукової етики часто формулюються окремими вченими та громадськими науковими організаціями в Україні та за кордоном у вигляді маніфестів чи кодексів честі, див. додаток і  домінантним в цих документах є таке:

  •  використання науки лише на благо людства;
  •  нещадна боротьба з науковою нечесністю спробами обмежень свободи наукового пошуку, всілякими антинауковими поглядами (расизмом, шовінізмом, забобонами).

3.18.  Додаток  

Ольховський Владислав Сергійович – завідуючий лабораторією часового аналізу ядерних процесів Інституту ядерних досліджень НАНУ, член-кореспондент Пелоританської Академії Периколантi та Академії наук iменi Джоенiї (Італія), член Нью-Йоркської Академії наук, автор 156 публікацій з квантової теорії зіткнень i теорії ядерних реакцій; автор проекту кодексу честі науковця.

Кодекс честі науковця

Моральна вiдповiдальнiсть кожного науковця полягає у таких обов'язках:

  •  використовувати науку лише на благо людства;
  •  підтримувати інтернаціональний характер науки та її деiдеологiзацiю;
  •  сприяти підвищенню рівня своєї наукової дисципліни в своїй країні;
  •  дотримуватися об’єктивності (в міру своєї свідомості) до наукових праць та протидіяти спробам спотворення наукових знань;
  •  сприяти підвищенню культурного рівня наукових дискусій, ґрунтуючись на таких двох засадах : визнання неминучих помилок та сприйняття критики, що є ознакою інтелектуальної чесності; однакова повага до всіх учасників наукових дискусій;
  •  у випадках кризових ситуацій (небезпека для життя, екологічні катастрофи тощо) надавати допомогу в межах своїх можливостей як науковця та як людини;
  •  боротися з: плагіатом та науковою нечесністю, спробами обмеження свободи наукових досліджень, будь-якими спробами використання результатів наукових досліджень для підготовки до війни та з метою порушення прав людини, всілякими антинауковими поглядами (расизмом, шовінізмом, забобонами тощо).

 3.19. Питання для самоконтролю

  1.  Дайте означення поняття “науковий колектив”. Сформулюйте основні принципи формування наукового колективу (не менше 5-ти).
  2.  В чому полягають функції керівника наукового колективу? Які стилі керівництва вам відомі? Коротко охарактеризуйте їх.
  3.  Опишіть та зобразіть найпоширеніші організаційні структури творчих колективів.
  4.  Що таке наукова школа? Які переваги наукової школи перед іншими формами організації праці наукового колективу?
  5.  Придумайте структуру організації творчого колективу, яка б володіла розвиненими зв’язками між членами, але була б достатньо централізованою.  
  6.  Що таке конфлікт? Охарактеризуйте конфлікт з точки зору можливостей його використання для управління колективом.
  7.  Хто найчастіше стає учасником конфлікту?
  8.  Коротко перерахуйте основні типи ділових нарад та сформулюйте основні принципи їх організації.
  9.  Сформулюйте основну мету дослідника. Яким вимогам повинні задовольняти наукові твердження?
  10.   Що таке плагіат? Які види плагіату можливі? Як відноситься наукова громадськість до “плагіаторів”?
  11.   Хто може претендувати на право називатися автором статті чи винаходу? Сформулюйте основні принципи, за якими визначаються ці права.
  12.   Перелічіть якими принципами повинні керуватися наукові працівники у своїх стосунках з колегами та у своїй роботі. Які етичні норми наукової діяльності юридично закріплені на Україні?  
  13.   Чи ви підтримуєте основні положення кодексу честі науковця? З чим ви не згодні? Що потрібно додати, чи вилучити, а може підсилити?
  14.   Яке ваше ставлення до неписаних правил поведінки науковців один щодо одного та до своєї діяльності? Що ви з цієї точки зору можете сказати про „Кодекс честі науковця”?


4. Елементи системного аналізу

Системний аналіз формує у спеціалістів навики раціонального, економічно грамотного, підходу до роботи, дозволяє поєднати техніку і економіку, враховувати співвідношення між цілями, можливостями і шляхами отримання оптимального техніко-економічного рішення [1,2].

Мета даної лекції – знайомство з основними положеннями та методами системного аналізу та їх застосуваннями до розробки зразків нової техніки.

4.1. Системний аналіз, основні положення і призначення

Системний аналіз – це сукупність методологічних засобів і процедур, що використовуються для підготовки, обґрунтування і прийняття рішень з складних проблем різноманітного характеру. Процедури і методи системного аналізу скеровані на пошук альтернативних варіантів вирішення проблем, визначення масштабів невизначеності у кожному з варіантів і їх порівняння за тими або іншими критеріями ефективності [3].

Основні положення системного аналізу можна сформулювати так:

1) процес прийняття рішення повинен починатися з виявлення і чіткого формулювання кінцевої мети, а також критеріїв, за якими можна оцінити її досягнення;

2) необхідно розглядати всю проблему як ціле, тобто  як єдиний комплекс, і виявляти всі наслідки і внутрішні зв’язки кожного часткового  рішення;

3) необхідно виявити і проаналізувати можливі альтернативні шляхи досягнення мети;

4) цілі окремих підсистем не повинні конфліктувати з метою всієї системи.

 Центральною процедурою у системному аналізі є побудова загальної моделі (моделей), що відображають всі фактори і взаємозв’язки  реальної ситуації, котрі можуть проявитися у процесі втілення рішення. Отримана модель досліджується для визначення того, наскільки результат застосування будь-якого альтернативного варіанту близький  до бажаного, як співвідносяться затрати ресурсів і часу у кожному з варіантів, наскільки альтернативні моделі чутливі до різних небажаних внутрішніх впливів.

Практична цінність і ефективність системного аналізу обумовлюється можливістю достатньо строго аналізувати слабо структуровані системи, що мають значну  невизначеність ситуації [3].

У науково-технічній літератури викристалізувались два напрямки тлумачення суті системного аналізу, його характерних особливостей і сфер  застосування.

1. Робиться наголос на математичний апарат, і системний аналіз розуміють як  дослідження, задачею якого є кількісна оцінка найкращої стратегії управління, виходячи з математичного критерію оптимальності. Таке розуміння ґрунтується на описанні складної системи за допомогою формальних засобів (діаграм, сіток, математичних рівнянь).

2. Робиться наголос на логіці системного аналізу і підкреслюється його нерозривний зв’язок з процесом прийняття рішень – вибором певного способу і напряму дій з кількох альтернативних варіантів.

Логічний системний аналіз розглядається як методологія з’ясування і упорядкування – структуризації проблеми, яку необхідно вирішити з застосуванням або без застосування математики і ЕОМ.

При цьому під поняттям структуризації розуміють з однієї сторони, вияснення справжньої мети самої системи (тобто її призначення), альтернативних шляхів досягнення цієї мети і взаємозв’язок між компонентами у процесі реалізації кожного альтернативного варіанту, а з другої сторони, глибоке розуміння зовнішніх умов за яких виникла проблема, а звідси – наслідків і границь реалізації того або іншого (технічного) рішення.

Термін „аналіз” використовується для характеристики процедури дослідження, яка складається з розділення складної проблеми на окремі, більш прості часткові проблеми (підпроблеми), у використанні найбільш підходящих спеціальних методів для їх вирішення, які дозволяють пізніше побудувати, синтезувати, загальне рішення проблеми.

За визначенням Аллена Ентховена: „Системний аналіз – це ніщо інше, як освічений здоровий глузд, якому слугують аналітичні методи. Ми застосовуємо системний підхід до проблеми, намагаючись максимально широко дослідити поставлену задачу, визначити її раціональність і своєчасність, а далі забезпечити того, хто відповідає за прийняття рішення, такою інформацією, яка найкраще допоможе йому вибрати найефективніший шлях  вирішення задачі”.

Присутність суб’єктивних елементів (знання, досвід, інтуїція, оцінка переваг) зв’язана з об’єктивними причинами, котрі випливають з обмеженої можливості застосування точних кількісних методів до всіх аспектів складних проблем.

Перед усім, основним і найбільш цінним результатом системного аналізу визнається не кількісна визначеність рішення проблеми, а покращення її розуміння і виявлення суті різних шляхів рішення. Це розуміння і альтернативні рішення проблеми виробляються спеціалістами і експертами та надаються відповідальним людям для їх конструктивного обговорення.

Системний аналіз включає методологію дослідження, виділення його етапів і обґрунтований вибір методики виконання кожного з етапів у конкретних умовах. Особливу увагу у таких роботах приділяється визначенню мети і моделі системи і їх формалізованому представленню.

Задачі дослідження системи можна розділити на задачі аналізу і задачі синтезу.

Задачі аналізу полягають у дослідженні особливостей і поведінки систем в залежності від їх структур, значень параметрів і характеристик зовнішнього середовища.

Задачі синтезу полягають у виборі структури і таких значень внутрішніх параметрів систем, щоб при заданих характеристиках зовнішнього середовища та інших обмеженнях, отримати задані властивості систем.

4.2. Означення поняття „система”

У філософському теоретико-пізнавальному розумінні система є способом мислення, що спрямований на постановку і упорядкування (усвідомлення структури) проблеми.

З позиції дослідників - система представляє собою загальну методологію дослідження процесів і явищ, що стосуються будь-якої галузі людських знань і які є об’єктами системного аналізу.

З точки зору проектантів - система розуміється як методологія проектування і розробки комплексів методів і засобів для досягнення визначеної мети.

У більш вузькому, інженерному розумінні, система - це взаємозв’язаний набір речей (деталей, об’єктів) і способів їх використання для вирішення визначених задач [4].

При дослідженнях, метою яких є проектування, винайдення або удосконалення об’єктів техніки, необхідно проаналізувати ситуацію з допомогою найзагальнішого визначення системи, а далі виділити найбільш необхідні компоненти, прийняти „робоче” визначення системи, яким будуть користуватися всі особи, що задіяні у прийняті конкретного рішення [5]. Необхідно, щоб у понятті „система” був відображений підхід до об’єкта дослідження як до цілісного комплексу. Справа у тому, що один і той же об’єкт на різних етапах його аналізу може бути представлений у різних аспектах, а також існують і різні аспекти поняття „система”: теоретико-пізнавальний, методологічний, науково-дослідний, проектний, інженерний, конструкторський і т. д..

Дана система може бути елементом другої системи більш високого рівня і включати у себе системи більш низького рівня (підсистеми). Таким чином, поняття „елемент”, „підсистема”, „система”, „надсистема” взаємозв’язані: система може розглядатися як елемент системи більш високого рівня, а елемент – як система (при глибшому аналізі).

Рис.4.1. Технічна система.

Система може бути представлена у вигляді блоку  невідомої структури, див. рис. 4.1, з відомими „входами” і „виходами” (у кібернетиці і теорії систем це називають „чорним ящиком”), або  у вигляді графічних структур з  не до кінця виявленими елементами і зв’язками, чи у вигляді математичного опису, наприклад – блоку  рівнянь та формул.

4.3. Види і властивості систем

Найбільш загальна класифікація ділить системи на абстрактні (віртуальні) і матеріальні. Матеріальні, у свою чергу, діляться на природні (сукупність об’єктів природи) і штучні (технічні, інформаційні, організаційно-економічні і т. п.).

Абстрактні системи ділять на описові (логічні) і символічні (формальні).

Властивості систем розрізняють в залежності від їх виду і форми існування. Форми існування можна класифікувати, виходячи з таких умов: системи живі або неживі, абстрактні або конкретні, відкриті або закриті; мають високий або низький рівень ентропії (невизначеності); системи є простими організованими, складними неорганізованими або складними організованими; вони є спрямованими; мають зворотний зв’язок; ієрархічно упорядковані.  

Жодна система не може бути абсолютно замкнутою. Взаємодія системи з оточенням представляється зовнішніми зв’язками, які ділять на вхідні і вихідні. На вході система щось отримує від середовища, а на виході середовище отримує результат діяльності системи.

4.3.1. Основні властивості систем [4]   

Цілісність. Комплекс об’єктів (будь - якої природи), що розглядається як система, є деякою спільністю, цілісністю, володіє загальними властивостями і поведінкою.

Ділимість. Цілісний об’єкт завжди можна розглядати як такий, що  складений з елементів.

Ізольованість. Комплекс об’єктів, що утворює систему та зв’язки між ними, можна відділити  від  оточення і розглядати ізольовано.

Відносність ізольованості. Ізольованість системи є відносною, оскільки враховується вплив спостерігача і середовища на систему і її зворотній вплив через елементи, що є входами і виходами.

Різноманітність. Кожному елементу системи властиві індивідуальна   поведінка і стан, відмінний від поведінки і стану інших елементів та системи в цілому.

Спостережуваність. Всі, без винятку, входи і виходи системи можуть контролюватися спостерігачем, або хоча б бути спостережуваними.

Невизначеність. Спостерігач не може одночасно фіксувати всі властивості і відношення між елементами в системі і саме з метою їх виявлення робить дослідження.

Відображуваність. Мова спостерігача має достатньо загальних елементів з природною мовою досліджуваного об’єкта і може відобразити всі ті властивості і відношення, що необхідні для вирішення задачі.

Нетотожність відображення. Знакова система спостерігача відмінна від знакової системи проявлення властивостей об’єкта і відношень його елементів; невідворотна при цьому втрата інформації про поведінку об’єкта визначає нетотожність (невизначеність) відображення системи об’єкту, що досліджується.

4.4. Понятійний апарат системного аналізу

Елемент. Під елементом розуміється проста неподільна частина системи або границя дроблення системи з точки зору розв’язку конкретної задачі, або поставленої мети. Елементами системи можуть бути поняття, фізичні та технічні об’єкти, суб’єкти (люди), а також сукупність їх властивостей чи відносин.

Підсистема. Система може бути розділена на окремі підсистеми, які є частинами системи, можуть виконувати відносно незалежні функції та володіють цілями, що скеровані на досягнення загальної мети системи.

Підсистема повинна володіти властивостями системи і може розглядатися як самостійна система, що має нижчий рівень ієрархії стосовно досліджуваної системи. Цим підсистема відрізняється від простої групи елементів, котра не об’єднана загальною метою і для якої не виконується умова цілісності (така група має назву компоненти). Границі системи визначаються підсистемами, що контролюються особою, яка приймає рішення (напр. „літак-пілот”).

Зовнішнє середовище. На перших етапах дослідження необхідно виокремити (відсікти) систему від середовища, з яким вона взаємодіє, або буде взаємодіяти. Зовнішнє середовище визначається факторами, котрі впливають  на досліджувану систему, але які не знаходяться під впливом особи, що приймає рішення (напр. атмосфера і система „літак-пілот”).

Сукупне оточення системи ділиться (умовно) на три частини: 1) фізичне і технічне; 2) економічне; 3) соціальне.

Під фізичним і технічним оточенням розуміють сукупність обмежень, зв’язаних з фізичною або технічною реалізацією об’єкта. До них відносяться обмеження та тактико-технічні характеристики і параметри об’єкта, що визначають сферу його функціонування, а також обмеження, що визначають фізичну реалізацію проекту [5].

Фізичні і технічні фактори діляться на внутрішні (в середині даної системи, організації) і зовнішні. Кожен раз, коли вирішується питання щодо створення нової системи, роблять дослідження не тільки технічної але і економічної здійснимості, включаючи  організаційну структуру, кадри, політику, ціноутворення, комерційні операції.

Економічне оточення складає всю економічну сторону проекту – вартість об’єкта проектування, затрати на матеріали, куповані вироби, виготовлення, економічну ефективність, і т.п.

Соціальне оточення складає таку сукупність обмежень, котрі визначаються соціальним замовленням на проектований виріб. Сюди необхідно віднести обмеження щодо техніки безпеки, охорони праці і навколишнього середовища, патентно-правові обмеження та ін., що враховують як індивідуальні, так і загальнолюдські фактори.

Специфіка системного аналізу полягає, в першу чергу, у відділенні системи і середовища та у відносності такого поділу. Відокремлення системи від середовища (оточення) обумовлюється розглядом системи на тому або іншому ієрархічному рівні. Це значить, що на кожному рівні деталізації під системою розуміється та частина складного пристрою, поведінка якої нас цікавить, а під середовищем – всі об’єкти, зовнішні щодо виділеної частини пристрою і які взаємодіють з нею.

Структура (будова, розташування, порядок). При досліджені об’єкта (системи) частіше ставиться задача вияснити те, чим є об’єкт або процес, що у ньому забезпечує досягнення мети. Технічна система є комплексом взаємопов’язаних технічних засобів, що забезпечує перетворення маси, енергії та інформації для досягнення мети. Структура визначається елементним складом і сукупністю стійких зв’язків, що об’єднують елементи системи; вона віддзеркалює найбільш суттєві зв’язки між елементами і підсистемами, які забезпечують її існування і основні  властивості.

Структурна модель об’єкта може бути виражена графічно, у вигляді графіків, номограм, матриць та іншими мовами моделювання структур.

У випадку багатоцільових ситуацій можна побудувати декілька ієрархічних структур, що відповідають різним цілям,  при цьому у різних структурах можуть зустрічатися одні й ті ж компоненти. Крім того, навіть, при одній і тій же меті, якщо ієрархічну структуру формують різні дослідники, то в залежності від їхнього попереднього досвіду, кваліфікації і знання системи, вони можуть отримати різні ієрархічні структури.

Зв’язок. Це поняття входить у будь-яке означення системи і характеризує одночасно і її будову (статику) і функціонування (динаміку). Зв’язок можна характеризувати напрямком, силою, характером (видом). За першими двома ознаками можна розділити зв’язки на орієнтовані і не орієнтовані, сильні і слабкі, а за характером – на зв’язки підпорядковані, зв’язки рівноправні (або байдужі), зв’язки управління. Зв’язки можна розділити також за місцем розміщення – внутрішні і зовнішні, за напрямом процесів у системі загалом або в окремих її підсистемах – прямі і зворотні. Дуже важливу роль в системах мають зворотні зв’язки, відомі всім інженерам.

Стан. Це поняття за звичай характеризує миттєву фотографію, „зріз” системи, мить у її розвитку. Стан характеризується значеннями ознак системи у даний момент часу. Якщо позначити елементи (компоненти, функціональні блоки і т.п.), що визначають стан системи, через Е, і врахувати що „входи” можна розділити на керуючі Y і збурюючі (неконтрольовані) X і що „виходи” (вихідні результати, сигнали) – g залежать від E, Y і X, тобто                                                       

                                           gt = f(Et, Yt, Xt),

то в залежності від задачі, стан може бути означено як {E,Y}, {E,Y,g}, або {E, Y, X, g} [5].

Множина станів системи може бути конечною, злічимою або континуальною (неперервна сукупність, напр. усі точки на прямій).

Поведінка. Зміна стану системи у часі називається поведінкою. Коли невідомі закони переходів з одного стану у другий, то необхідно з’ясувати закономірності переходів. Таким чином, поведінка системи є розгорнута (впорядкована) у часі послідовність реакцій системи на зовнішні впливи.

Рівновага – це властивість системи зберігати  свій  стан скільки завгодно довго при відсутності зовнішніх збурюючих впливів або при сталих (за величиною) впливах.

Стійкість – це властивість системи повертатися до стану рівноваги після виведення її з цього стану зовнішніми збурюючими впливами. Стан рівноваги, до якого система здатна повертатися, називають стійким станом рівноваги.

Розвиток. Процеси у системах можуть протікати еволюційно, мають тенденцію до розвитку в напрямку збільшення можливостей, і ентропійно - мати тенденцію до постійного розсіювання і зменшення ступеня організації. Еволюція властива відкритим системам, які мають вхід і вихід, а ентропійні процеси властиві тільки замкненим системам.

Мета – завчасний мислимий результат свідомої діяльності людини, одна з центральних категорій системного аналізу. Мета залежить від об’єктивних законів дійсності, дійсних можливостей і застосовуваних засобів. В залежності від стадії пізнання об’єкту, від етапу дослідження, під поняттям „мета” розуміють різні тлумачення – від ідеальних прагнень до конкретних цілей – результатів, досяжних в межах деякого інтервалу часу, які інколи формулюються у термінах кінцевого продукту діяльності. Тому в практичній діяльності необхідно завчасно обговорити, у якому розумінні, на даному етапі аналізу системи, використовують поняття „мета”.

Мета, випливаючи з суті проблеми, дає об’єктивний критерій для відбору того, що повинно увійти в систему з навколишнього середовища. З безмежного світу в систему включають лише конечне число елементів, яке необхідне для функціонування системи, яка забезпечує досягнення мети.

Необхідно зазначити, що конкретизація мети для означення системи часто є складним процесом і не може бути строго формалізованою. Інколи у рамках системи, що розглядається, не можливо встановити вид цільової функції. У такому випадку необхідно переходити до більшої системи, що включає попередню як частину.

Критерій – мірило, точка зору, правило (або норма), за яким вибираються ті або інші засоби досягнення мети. У загальному випадку мета вказує напрямок діяльності (напр. збільшити якість обробки напівпровідникових пластин, збільшити продуктивність установки флюсування), а критерій доповнює поняття мета і вказує ефективний спосіб її досягнення (коштом зниження числа поверхневих дефектів, шляхом швидшого забезпечення заданої якості флюсу). Якщо є достатня кількість інформації про критерії і вони є кількісними, то можна зв’язати аналітичним виразом мету і засоби її досягнення, що буде критерієм ефективності або критерієм функціонування системи (цільовою функцією).

Якщо необхідно задовольнити декілька вимог, то цільову функцію отримують шляхом об’єднання критеріїв. Критерії ефективності дозволяють вирішувати питання вибору засобів для досягнення мети шляхом оптимізації цільової функції різними методами [4].

4.5. Етапи системного аналізу

4.5.1. Основні принципи розробки об’єктів нової техніки

В основу системного підходу при розробці об’єкта нової техніки (системи) повинні бути покладені такі принципи:

1) врахування всіх етапів життєвого циклу системи, що розробляється – проектування, виготовлення, експлуатація і утилізація;

2) врахування історії і, особливо, перспектив розвитку систем даного і близького класів;

3) розгляд з усіх сторін взаємодії системи з зовнішнім середовищем;

4) врахування основних видів взаємодії у середині системи між її частинами - функціонального, конструктивного, технологічного, інформаційного, електричного та ін.;

5) врахування можливостей зміни вихідних даних і навіть задачі при проектуванні, виготовлені і експлуатації системи;  

6) виділення головних показників якості, котрі необхідно покращити в першу чергу;

7) комбінування принципів композиції, декомпозиції і ієрархічності;

8) виявлення головних технічних протиріч, що перешкоджають покращенню якості системи і прискоренню процесу її розробки, а також пошук засобів їх усунення;

9) правильне комбінування різних методів проектування (математичних, евристичних, експериментальних);

10) забезпечити необхідної взаємодії у процесі проектування спеціалістів різних рівнів і профілів.

При цьому на різних рівнях прийняття рішень задачею системного аналізу може бути будь-яке окреме питання загальної проблеми, тому число етапів системного аналізу і їх зміст (тобто виконувані роботи) будуть залежати від складності задач, що вирішуються.

Наприклад, створення складного технічного об’єкта включає наступні процеси:

- отримання кінцевого продукту;

- забезпечення;

-  управління;

- розвиток.

4.5.2. Основні  складові розробки об’єктів нової техніки [6].

1. Власне процес розробки. До нього відносять необхідні науково-дослідні і дослідно-конструкторські роботи, що забезпечують комплекс робіт щодо створення виробу. У цей комплекс входять всі відомі етапи розробки виробу, починаючи від ідеї і закінчуючи проектно-конструкторською документацією.

2. Процес розробки і освоєння технології виробу. Процеси власне  розробки і розробки та освоєння технології можуть бути об’єднані у один процес, який становить основну суть процесу отримання кінцевого продукту.

 3. Процес забезпечення. Він включає всі необхідні елементи забезпечення – кадри, матеріальні ресурси, комплектуючі та ін.

4. Процес управління. Три згадані раніше процеси можуть бути реалізовані тільки в тому випадку, якщо буде забезпеченим процес управління, задачею якого є координація зусиль трьох згаданих процесів для досягнення загальної мети з використанням мінімальних ресурсів.

5.  Процес розвитку. У більшості випадків необхідний і п’ятий процес – процес розвитку, що включає задачі кон’юктури. Процес розвитку повинен забезпечити перспективу удосконалення розробленого, або виробу, що вже виготовляється, а також взаємозв’язок мети отримання виробу з потребою у ньому.

Розглянемо принципову послідовність етапів системного аналізу , починаючи з постановки проблеми створення об’єкта до його виробництва та найбільш вживані при цьому методи дослідження, див. табл.4.1.

Таблиця 4.1

Принципова послідовність етапів і робіт при системному аналізі

І. Аналіз проблеми

Чи існує проблема?

Точне формулювання проблеми

Аналіз логічної структури проблеми

Розвиток проблеми (у минулому і майбутньому)

Зовнішні зв’язки проблеми (з іншими проблемами)

Принципове вирішення проблеми

2, 4, 7, 9

ІІ. Означення проблеми

Формулювання задач відповідно до проблеми

Визначення позиції спостерігача

Визначення об’єкта дослідження

Виділення елементів (визначення границь дроблення системи)

Визначення підсистем

Визначення середовища

1, 5, 10

ІІІ. Аналіз структури системи

Визначення рівнів ієрархії

Виділення підсистеми

Визначення функціональних і структурних зв’язків

2, 5, 6, 8, 10

                                                                                          

Продовження таблиці 4.1

ІV. Формулювання загальної мети і критерію системи

Визначення мети – вимагання над системи

Визначення границь середовища

Формулювання загальної мети

Визначення критерію

Декомпозиція критеріїв по підсистемам

Композиція загального критерію з критеріїв підсистеми

4,8,12

V. Декомпозиція мети, визначення потреби у ресурсах

Формулювання цілей верхнього рангу

Формулювання мети підсистеми

Формулювання зовнішніх обмежень

Визначення потреби у ресурсах

4, 6

VІ. Визначення ресурсів, композиція цілей

Оцінка існуючих технологій і виробничих потужностей

Оцінка сучасного  стану ресурсів

Оцінка можливостей взаємодії з іншими системами

Оцінка соціальних факторів

Композиція цілей

1, 3, 6

                  УІІ. Прогноз та аналіз майбутніх умов

Аналіз розвитку стійких тенденцій системи

Прогноз розвитку та змін середовища

Передбачення нових чинників, що сильно впливають на розвиток системи

Аналіз ресурсів майбутнього

1, 3, 5, 6, 8, 9, 10

Продовження таблиці 4.1

                 VІІІ. Оцінка мети і засобів

Визначення оцінок за критерієм

Оцінка взаємозалежності цілей

Оцінка відносної важливості цілей

Оцінка дефіцитності і вартості ресурсів

Оцінка впливу зовнішніх факторів

Визначення комплексних розрахункових оцінок

1, 3, 7, 8

ІХ. Вибір з варіантів

Аналіз цілей щодо сумісності

Перевірка цілей на повноту

Усунення надлишкових цілей

Розробка варіантів досягнення окремих цілей

Оцінка і порівняння варіантів

Суміщення комплексу взаємозв’язаних варіантів 

4, 5, 7, 8

Х. Виробництво

Моделювання технологічного і економічного процесів

Розрахунок потенціальної і дійсної потужностей

Проектування організаційної структури

Проектування інформаційних механізмів

Виявлення недоліків організації виробництва і управління

Визначення і аналіз заходів щодо удосконалення організації 

2, 3, 5, 6, 7, 10, 11, 12

У складі кожного з 10 етапів перелічені можливі роботи, номери у правій частині таблиці вказують на методи досліджень, що рекомендуються для використання, і які перелічені у табл. 4.2,  [4].

Питання про те, чи існує проблема, має першочергове значення тому, що застосування великих сил до вирішення неіснуючих проблем – не виняток, а дуже типовий випадок. Правильне і точне формулювання проблеми стає першим і необхідним етапом будь-якого системного дослідження (етап I).

Щоб побудувати систему, проблему необхідно розділити на комплекс чітко сформульованих задач. При цьому, у випадку великої системи задач, створити ієрархію, складний спектр, тобто, щоб вирішити одну проблему, необхідно вирішити комплекс різних задач у різних областях знань (етап II).

Виділення підсистем і процесів, що потребують у них реалізації, вимагають від  дослідника строгої логічної думки.

На третьому етапі складається формалізована модель системи, що вивчається і складається опис виділених елементів системи і елементарних впливів на неї за допомогою тих або інших параметрів. При цьому встановлюються різного роду залежності між введеними параметрами. Залежності можуть бути виражені у вигляді систем рівнянь, таблиць з перерахуванням усіх можливих комбінацій значень параметрів і т. п. Одним із найчастіше вживаних прийомів є поділ досліджуваної системи на підсистеми для встановлення зв’язків і залежностей між ними, а також між системою і навколишнім середовищем. Для цього найчастіше використовують представлення об’єкта у вигляді графа, так званого дерева декомпозиції (етап III).

Формулювання загальної мети і критерію ефективності системи потребує від дослідника тонкого знання специфіки економіки та технології досліджуваного об’єкта (етап IV).

У великих і складних об’єктах загальна мета системи настільки відокремлена від конкретних засобів їх досягнення, що вибір рішення потребує великої трудомісткої роботи щодо поєднання мети  з засобами її реалізації шляхом декомпозиції мети. При цьому використовується метод дерева цілей (етап V).

У ряді випадків не вдається виразити явно, логічними засобами, мету і критерій ефективності системи. У таких випадках необхідно іти традиційним шляхом – від аналізу існуючого положення, досягнутого рівня і послідовного прогнозу (етап VI).

Системний аналіз, переважно, зв’язаний з перспективою розвитку, причому інколи дуже віддаленою. Тому найбільший інтерес представляє будь-яка інформація про майбутнє – про майбутні ситуації, ресурси, попит, кон’юктуру, науково-технічних відкриттів і винаходів, які корінним чином перетворюють технічні і інші системи і процеси, що у них протікають (етап VII).

Необхідним етапом системного аналізу більшості проблем є врахування цілого ряду технічних, економічних, соціальних, політичних та інших факторів, що вирішальним чином впливають на формулювання цілей і відбір засобів їх реалізації, а також оцінку ресурсів (етап VIII).

У дослідженнях технічних систем відбір варіантів (альтернатив) вважається найважливішою задачею системного аналізу (етап IX).

Задачею системного аналізу може бути не тільки винахід нової системи, процесу, об’єкту, але й удосконалення вже існуючих. Тому виникає необхідність або у створенні нового підприємства, або в аналізі існуючого, скерованому на дослідження його можливостей, недоліків, вузьких місць, у зборі, переробці інформації і прийняттю рішень (етап X).

Таким чином, системний аналіз об’єднує і використовує всі необхідні наукові знання, методи і способи діяльності для вирішення складних проблем. Методи далеко не рівноцінні і задіяні різним чином, див. табл. 2, [4].

Таблиця 4.2

Науковий інструментарій системного аналізу

Методи аналізу

Етапи, на яких їх використовують

Неформальні методи

1. Методи експертних оцінок                                 І, ІІ, VI, IX

2. Діагностичні методи                                            I, III, IX, VIII, X

3. Методи аналогії                                                   VI, VIII, IX, X

Графічні методи

4. Метод дерева мети                                               I, IV, V, VII, IX

5. Матричні методи                                                  II, III, IX, VII, VIII, X

6. Сіткові методи                                                      III, V, VIII, IX

Кількісні методи

7. Методи економічного аналізу                             I, VI, VII, VIII, X

8. Морфологічні методи                                           III, IV, VI, VII

9. Статистичні методи                                              I, VII

Методи моделювання

10. Кібернетичні моделі                                           II, III, IV, VIII, X

11. Описові моделі                                                    VIII, IX

12. Нормативні операційні моделі                           IV, VIII

(оптимізаційні, імітаційні, ігрові та ін.)

Більшість, згаданих у таблиці 2 методів, розроблено за довго до появи системного аналізу і використовуються самостійно.

Особливістю системного аналізу є максимально точне формулювання задачі на кожному етапі і підбір методу, що найкраще відповідає суті постановки задачі, тобто підхід не від методу, а від змісту задачі.

4.6. Вибір (прийняття рішення)

Метою застосування системного аналізу до конкретної проблеми є підвищення ступеня обґрунтованості прийняття рішення, розширення кількості варіантів, серед яких робиться вибір, з одночасним наданням способів відкидання тих з них, які заздалегідь поступаються іншим [7]. У всіх задачах вибору необхідно знайти найкращий варіант для заданих умов, у тому числі оптимізований за критерієм „ефективність - вартість” або „вартість -ефективність”  при відповідних обмеженнях.

Оптимізація системи за вказаними критеріями є головним завданням системного аналізу.

У складних випадках, коли рішення приймається, наприклад, в умовах дефіциту часу, або в інших екстремальних ситуаціях, плодотворне використання ЕОМ і оцінок можливих альтернатив, в тому числі використання проблемно-орієнтованої людино-машинної системи. Такі системи розрізняють за типом задач вибору. У наш час існують декілька самостійних напрямків розвитку людино-машинних систем [8]:

1. Програми і пакети програм для вирішення конкретних, добре визначених, задач вибору. Прикладом може бути математичне забезпечення ЕОМ для статистичної обробки донних (тобто вибір в умовах стохастичної невизначеності). До цього напрямку відносяться системи програмного забезпечення оптимізаційних задач, сучасні бази даних та ін.;

2. Створення баз знань і експертних систем. Експертна система визначається як „втілення в ЕОМ компоненти досвіду та знань експерта, що ґрунтується  на знаннях у такій форм, що машина може дати інтелектуальний пораду або прийняти рішення стосовно виконуваної функції”1;

3. Участь особи, що приймає рішення,  у порівнянні і оцінці за допомогою ЕОМ різних альтернатив різними (формальними) способами.

Особливе місце при аналізі і прийнятті рішення займають такі об’єкти, як інформаційні бази (банки даних), діалогові системи, імітаційне моделювання2.

Ці об’єкти, звичайно сприймаються як частини автоматизованих систем або як спеціальні методи дослідження, що ґрунтуються на використанні ЕОМ, і є важливими поняттями системного аналізу на сучасному етапі [7].

___________________

1Элти Дж. Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры. – М.: Финансы и статистика, 1987.

2 Числове моделювання процесів з багатократним спостереженням за їх протіканням кожен раз для різних умов, називається імітаційним моделюванням.

Організація прийняття рішення передбачає:

а) декомпозицію альтернатив за властивостями, зручними для порівняння;

б) можливе рангування цих властивостей за важливістю;

в) вибір кількісних характеристик властивостей (критеріїв) і операцій визначення переваги, затвердження спеціальних експертних процедур для оцінки властивостей;

г)  вибір методів композицій;

д) вибір виду інформації, що необхідна для остаточного рішення;

е) остаточне рішення.

4.7. Питання для самоконтролю

1. Що таке системний аналіз? Сформулюйте основні положення системного аналізу. Що є центральною процедурою системного аналізу?

2. Які існують тлумачення характерних особливостей і сфер застосування системного аналізу?

3. Дайте означення поняттю „система”. Зобразіть схематично систему у вигляді „чорного ящика”. Що таке підсистема і надсистема? Як ці поняття зв’язані з системою?

4. Перерахуйте і поясніть основні властивості систем. Зокрема поясніть властивість „ нетотожності відображення”.

5. Поясніть такі поняття як: „зовнішнє середовище”, „соціальне оточення”, „ структура”, „ зв’язок”, „стан” та „мета” системи.

6. Перелічіть та поясніть основні принципи розробки об’єктів нової техніки з позицій системного аналізу.

7.  Сформулюйте п’ять складових розробки об’єктів нової техніки. Зокрема поясніть роль „процесу управління”.

8. Перелічіть 10 основних етапів розробки об’єктів нової техніки. Поясніть суть У етапу „Декомпозиція мети, визначення потреби у ресурсах”.

9. Перелічіть основні компоненти наукового інструментарію системного аналізу. Поясніть суть „кількісних методів”.

10. В чому суть проблеми вибору з позицій системного аналізу? Перелічіть проблемно – орієнтовані пакети прикладних програм скерованих на рішення проблеми вибору.


4.8. Література

1. Дж. Ван Гиг. Прикладная общая теория систем. – М.: Мир, 1981. – Кн. 1, 2. переклад з англ.

2. Дружинин В. В., Конторов Д. С. Системнотехника. – М.: Радио и связь, 1985.

3. Научно-технический прогресс: Словарь. – М.: Политиздат, 1987.

4. Триггер Д. Я. Введение в системный анализ. – М.: МИФИ, 1978.

5. Волкова В. Н., Воронков В. А. и др. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи. – М.: Радио и связь, 1983.

6. Стабин И. П., Моисеева В. С. Автоматизированный системный анализ. – М.: Машиностроение, 1984.

7. Губанов В. А., Захаров В. В., Коваленко А. Н. Ведение в системный анализ. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1988.

8. Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. – М.: Высшая школа, 1989.


5. Елементи методології науково-технічної творчості (евристики)

Спроби систематизувати закономірності творчого мислення відносяться ще до античних часів. Про це є згадки у працях Архімеда Сіракузького, Геракліта Ефеського, Сократа та інших філософів. Саме вони сформулювали основи евристики – науки про творче мислення, про методи творчості. Сократ вважав, що творчі задатки пробуджуються в умовах невимушеного діалогу, вільного обміну думками, який супроводжується гумором та іронією. Методи творчого мислення за Сократом полягають у доведенні понять до абсурду, висвітленні їх внутрішніх суперечностей, а також у використанні аналогій і асоціацій. Дальший розвиток евристики відображений у роботах      Р. Бекона, Г. Лейбніца та Х. Вольфа, в яких сформульовані основні правила винахідництва і наукового аналізу. Проте лавиноподібний розвиток евристики відбувся у другій половині двадцятого століття і є підстави вважати, що саме  в наш час сформувалися основні засади наук про науково-технічну творчість.

Розглянемо деякі основні поняття евристики.

Мета – бажаний результат роботи однієї особи чи колективу в межах визначеного проміжку часу.

Евристичне правило – сформульований наказ до дії, дозвіл на дію або заборона дії у даних умовах.

Евристичний прийом – декілька евристичних правил об’єднаних заданою метою.

Евристична операція – дія скерована на досягнення заданої мети.

Евристична процедура – сукупність вказівок щодо порядку виконання операцій для досягнення мети.

Евристична методика – сукупність принципів або правил, які обгрунтовують спосіб досягнення мети, що об’єднані з евристичними процедурами.

Розглянемо деякі евристичні методи винахідництва та дослідницьких робіт, що використовуються свідомо або підсвідомо творчими працівниками.

5.1. Асоціативні методи пошуку технічних рішень

Ці методи ґрунтуються на пошуку аналогії у вторинних смислових відтінках понять. Основними засобами цих методів є асоціації, метафори та поєднання випадкових понять. До асоціативних методів відносяться:

  •  метод каталогу (Ф. Кунце);
  •  метод фокальних об’єктів (Ч. Вайтінг);
  •  метод гірлянд випадкових асоціацій (Г. Буш).


5.1.1. Метод каталогу

Суть цього методу в створенні асоціативних переходів між, на перший погляд, віддаленими поняттями, переносі на об’єкт аналізу ознак інших, випадкових об’єктів і табуляції (створенні каталогу) таких асоціацій.

Наприклад, візьмемо поняття “небо” і “чай”: “небо” – “земля”; “земля” – “вода”; “вода” – “пити”; “пити” – “чай”; “чай” – “здоров’я”; “чай” – “подорож” і т.д.

Встановлено, що кількість прямих асоціативних зв’язків для будь-якого поняття (слова) близька до 10. Отже, один крок асоціації дає 10 слів, наступний – 102, третій – 103 і т.д. Таким чином каталог асоціацій швидко розширюється і дозволяє вибрати досить несподівані ідеї чи їх комбінації для винаходу або нового технічного рішення.

Асоціації класифікують за подібністю, контрастом і суміжністю.  

Асоціації за подібністю – матеріал для евристичної аналогії.

Асоціації за контрастом – для евристичної інверсії.

Асоціації за суміжністю – для встановлення причинно-наслідкових зв’язків між об’єктом та його елементами, людиною і середовищем, і т.д.    

Для створення асоціацій і генерування ідей можна використовувати метафори. Поширені прості метафори-аналоги, наприклад, “підкови брів”, “голос-труба”, “людина-блискавка”, “дзвінок сміється”;  метафори з суперечностями (катахрези): “сухопутний моряк”, “круглий квадрат”, “чорне скло”, “скляний молоток”, ”теплий сніг”; метафори-загадки: “синя сухість”, “швидка зелень”, “солодка невідомість” і т.д.

Часто з метою розширення доступного простору для пошуку та оригінальності метафор використовують гірлянди (ланцюжки) метафор (асоціацій).  Звичайно, використовуються два різновиди гірлянд:

  •  концентровані гірлянди, грона, в яких одне і теж ключове поняття виражається (асоціюється) у різних словесних формах;
  •  гірлянди послідовних метафор, тут кожна попередня метафора є ключовим (базисним) поняттям для утворення наступної.

Наприклад, для ключового слова “повітря” концентрована гірлянда така: “повітря – невидиме середовище” (метафора-аналог), “повітря – матеріальний дух” (метафора-протиріччя), “повітря – невловима суть” (метафора-загадка).

Ланцюжок метафор: “повітря – рух”, “рух – швидкість”, “швидкість – космос”, “космос – тарілка” і т.д.

Метод каталогу був удосконалений Ч. Вайтінгом у 50-х роках двадцятого століття і названий ним методом фокальних об’єктів. Цей метод часто використовується у винахідницькій діяльності і ґрунтуючись на ньому створені винахідницькі пакети прикладних програм.

5.1.2. Метод фокальних об’єктів   

Дає хороші результати при пошуку модифікацій відомих способів та пристроїв. Крім цього цей метод корисний для розвитку уяви.

Суть методу – перенесення ознак випадково вибраних об’єктів на об’єкт, що вдосконалюється і який знаходиться у фокусі переносу.

Застосовують метод в такому порядку:

1. Вибирають фокальний об’єкт, наприклад, “годинник”.   

2. Вибирають випадково (зі словника технічних термінів) три – чотири об’єкти, наприклад, “фланець”, “кіно”, “мікросхема”, “табуретка”.

3. Складають список ознак вибраних випадкових об’єктів, наприклад, “кіно”: німе, кольорове, широкоформатне, стереоскопічне, звукове і т.д.

4. Генерують ідеї приєднуючи ознаки випадкових об’єктів до фокального, наприклад: “годинник” + (кольоровий, звуковий, широкоформатний і т.д.).

5. Розвиток оптимальних сполучень вільними асоціаціями, наприклад: звуковий годинник інформує про час нарад або побачень, співає колискову, нашіптує поради і т.д.

6. Експертна оцінка результатів п. 5 для відбору актуальних варіантів.

Подальший розвиток методу фокальних об’єктів зроблено Г. Бушем в методі гірлянд випадковостей та асоціацій.

5.2. Метод контрольних питань

Мета методу – за допомогою орієнтуючих питань допомогти досліднику вирішити проблему, знайти технічне рішення.

Метод може використовуватися як у формі монологу винахідника до самого себе, так і у формі діалогу, наприклад, питань, які задає керівник групи мозкового штурму (атаки) членам групи генерації ідей.

Суть методу у тому, що творчий працівник відповідає на питання за списком з точки зору своєї проблеми і таким чином її вирішує.

Широко відомий список універсальних питань складений А. Осборном, який містить 9 груп питань та Т. Ейлоарта, що складається з 21 питання.

5.2.1. Список А. Осборна

0. Проаналізуйте, чи Ви впевнені, що даний об’єкт дослідження є ключовим у Вашій задачі і саме його модифікація дозволить наблизити вирішення проблеми?  

1. Які нові застосування технічного об’єкта Ви можете запропонувати? Чи взагалі вони можливі? Як змодифікувати відомі способи застосування?

2. Чи можливе рішення Вашої задачі шляхом пристосування, спрощення, скорочення? Що нагадує Вам об’єкт? Чи асоціюється він з новою ідеєю? Чи були у минулому аналогічні проблеми, досвід вирішення яких можна використати? Що можна скопіювати? Який технічний об’єкт слід випереджувати?

3. Які модифікації об’єкта можливі? Чи можлива модифікація шляхом обертання, згину, скручування, повороту? Які зміни призначення (функції), кольору, руху, запаху, форми, обрисів можливі? Чи можливі ще інші зміни?

4. Що можна збільшити в об’єкті? Що можна приєднати? Чи можливе збільшення терміну експлуатації, впливу, використання? Чи можна збільшити частоту розміри, міцність? Підвищити якість? Доповнити новим інгредієнтом? Продублювати? Чи можлива мультиплікація робочих елементів, чи всього об’єкта? Чи можлива гіперболізація елементів або всього об’єкта?  

5. Що можна в об’єкті зменшити? Що замінити? Чи можна щось ущільнити, стиснути, згустити, конденсувати, мініатюризувати, скоротити, звузити, відділити, роздробити?

6. Що можна в об’єкті замінити? Що і у яких пропорціях і з чим змішати? Інший інгредієнт? Інший матеріал? Інший процес? Чи інше джерело енергії? Друге розміщення? Другий звук, колір, освітлення?

7. Що можна перетворити в об’єкті? Які компоненти можна взаємозамінити? Змінити модель? Змінити розбивку, розмітку, планування? Змінити послідовність операцій? Транспонувати (замінити місцями) причину і ефект? Змінити швидкість і темп? Змінити режим?

8. Що можна в об’єкті перевернути навпаки? Транспонувати позитивне на негативне? Чи не можна поміняти місцями протилежно розміщені елементи? Перевернути їх задом наперед? Перевернути низом вгору? Поміняти місцями? Поміняти ролями? Перевернути затискачі?

9. Які нові комбінації елементів технічного об’єкта можливі? Чи можна створити суміш, сплав, новий асортимент, гарнітур? Скомбінувати секції, вузли, блоки, агрегати? Скомбінувати призначення (мету)? Скомбінувати привабливі ознаки? Скомбінувати ідеї.

Звичайно, цей список не вичерпує всіх можливих ситуацій та зв’язків у технічній (чи іншій) системі, але він дозволяє знайти орієнтири і нащупати напрями руху до вирішення задачі.

5.2.2. Список Т. Ейлоарта

Цей список до певної міри є програмою роботи талановитого дослідника чи винахідника, який з фанатичною впертістю розв’язує задачу методом проб і помилок. Деякі питання вимагають розвиненої уяви, а деякі глибоких і різнобічних знань. Ось питання і нехай вони Вам допоможуть.

1. Перелічіть всі якості і можливі призначення майбутнього винаходу. Спробуйте їх змінити.

2. Сформулюйте ясно задачі. Спробуйте нові формулювання. Дайте значення другорядним і аналогічним задачам. Виділіть головні.

3. Перелічіть недоліки відомих рішень, їх основні принципи, нові припущення.

4. Схематично окресліть фантастичні, біологічні, економічні, молекулярні та інші аналогії.

5. Побудуйте математичну, гідравлічну, електричну механічну та інші моделі (вони точніше відображають ідею ніж аналоги).

6. Спробуйте різні матеріали і види енергії: газ, рідину, тверде тіло, гель, піну, пасту та інше; тепло, електромагнітну енергію, світло, удар і т.д.; різні довжини хвиль випромінювання, поверхневі властивості і т.п.; фазові переходи – замерзання, конденсація, переходи через точку Кюрі, надпровідні стани; ефекти Джозефсона, Джоуля-Томпсона, Фарадея та інші.

7. Визначити варіанти, залежності, можливі зв’язки, логічні співпадання.

8. Дізнатися про думку (щодо даного питання) зовсім необізнаних у суті справи людей (експерт з вулиці).

9. Влаштувати спонтанне обговорення групою дослідників проблеми без жодної критики, уважно вислуховуючи кожну ідею.

10. Спробувати характерні “національні” розв’язки: хитрі шотландські, ґрунтовні німецькі, складні китайські та витратні американські.   

11. Спати з проблемою, йти на роботу, гуляти, приймати душ, їхати, пити, їсти, грати у теніс – весь час з проблемою в голові.

12. Бродити серед стимулюючих обставин (звалище деталей, технічні музеї, магазини іграшок, дешевих речей і т.п.), переглядати журнали, комікси.

13. Намалювати таблицю цін, величин, переміщень, типів матеріалів і т.д., різних розв’язків проблеми або її частин, шукати проблеми в існуючих розв’язках або їх комбінації.

14. Сформулювати (уявити) ідеальне вирішення, а розробляти можливе.

15. Видозмінити розв’язок з позиції часу (швидше, повільніше), розмірів, в’язкості, структури і т.п.

16. Уявно потрапити у середину механізму.

17. Визначити альтернативні проблеми і системи, що отримуються видаленням якоїсь частини з основної і таким чином, створюють зовсім нову ситуацію, проблему.

18. Чия це проблема? Чому його?

19. Хто придумав перший? Історія проблеми. Якими були помилкові тлумачення (вирішення) проблеми?

20. Хто ще вирішував цю проблему? Що він змінив?

21. Визначити загальновідомі граничні умови і зрозуміти причини їх існування.

Щоб ефективно використовувати наведені списки питань у практичній дослідницькій та винахідницькій роботі необхідно добре розуміти зміст цих питань та їх  призначення. Суть їх не в цьому щоб безпосередньо вказати шлях до вирішення задачі, а щоб наштовхнути вас на думку, яка може бути ключем до розв’язку. Допомогти у ситуації коли не знаєш, що робити взагалі, коли рятівним може бути  поштовх  до руху у будь-якому напрямі.

5.3. Морфологічний аналіз

Цей метод розроблений швейцарським астрономом Ф. Цвіккі у 1942 році, коли він був залучений однією з американських фірм до розробки ракетних систем. За короткий період Цвіккі отримав велику кількість оригінальних розробок, що дуже здивувало досвідчених ракетників тим більше, що значна частина розробок пізніше була впроваджена у зразках нової техніки.

Суть методу полягає в наступному. В технічній системі, що вдосконалюється, виділяють декілька характерних для неї структурних або функціональних ознак. Кожна ознака може характеризувати або конструктивний вузол, або його функцію чи режим роботи, тобто параметри і характеристики системи, від яких залежить розв’язок технічної задачі (досягнення мети). Ці параметри і характеристики називають морфологічними ознаками.

Для кожної морфологічної ознаки  складають перелік її конкретних варіантів (альтернатив) технічної реалізації. Ознаки разом із списком альтернатив формують матрицю.

Це можна собі уявити так: кожна ознака разом зі значеннями альтернатив формує вісь, якщо ознак N, то отримуємо N-мірний ящик або матрицю, які називають морфологічними. Кожна точка в N-мірному ящику відповідає одній з віртуальних реалізацій технічної системи. Тут термін “віртуальна реалізація” означає, що не ставиться питання про реальну можливість виготовлення такого варіанту системи чи його відповідність меті.

Роботи при морфологічному аналізі виконують за п’ять етапів.     

1. Необхідно точно сформулювати суть проблеми чи задачі, до якої буде застосований морфологічний аналіз.

2. Складають список всіх морфологічних ознак, тобто найголовніших характеристик об’єкта, його параметрів, від яких залежить досягнення мети.

3. Перераховують всі можливі варіанти реалізації кожної ознаки.

4. Визначають функціональну доцільність всіх варіантів (на підставі якихось критеріїв). Це найважливіший і найскладніший етап, особливо, коли варіантів багато. Тому критерій оцінки повинен бути простим і зрозумілим. Інколи вибирають декілька критеріїв оцінки.

5. Вибір оптимального варіанту. Логічно вибрати його за найкращими оцінками функціональної доцільності чи найкращим значенням найважливішого показника об’єкта.  

Труднощі морфологічного аналізу полягають у виборі універсального методу (критерія) оцінки ефективності різних варіантів технічних рішень. Якщо б такий критерій існував, то метод морфологічного аналізу міг би бути повністю автоматизованим за допомогою ЕОМ.

Морфологічний аналіз доцільно застосовувати для вирішення загальних конструкторських задач:

  •  пошуку компоновочних схем  машин;
  •  прогнозування можливого розвитку  існуючих технічних систем;
  •  при визначенні можливостей патентування абстрактних комбінацій основних параметрів гіпотетичних пристроїв з метою “заблокувати” майбутні винаходи.

5.4. Функціонально-вартісний аналіз (ФВА)

ФВА – це методика удосконалення конструкцій та процесів з метою зниження їх вартості і затрат, переважно без зміни основних принципів, на яких вони ґрунтуються. Застосування ФВА дозволяє здешевити вироби на 5 – 25%.

Основна задача ФВА – правильно визначити співвідношення функцій та основних ознак виробів, їх складових елементів, а також розробка конструкторських рішень у відповідності з цими функціями і ознаками.

ФВА виконують переважно сталі групи (3 – 6 чоловік), які працюють достатньо довгий час. До складу групи обов’язково входять технологи, конструктори та економісти. Роботи виконуються переважно за таким планом:

1. Підготовчий етап

Навчання спеціалістів основам ФВА; вибір об’єкта дослідження, визначення мети аналізу. Підготовка інформаційних матеріалів про об’єкт; вибір і затвердження дослідницької групи; складання і затвердження плану виконання ФВА конкретного об’єкта.      

2. Інформаційний етап

Збір даних про об’єкт з метою вияснення його структури, можливих аналогів; систематизація інформації та оформлення її у вигляді зручному для користування (ПЕОМ), вивчення інформації з метою створення образу об’єкта; усвідомлення реального стану об’єкта; виявлення і формулювання функцій; побудова схеми взаємозв’язків складових частин об’єкта; визначення затрат на створення і функціонування об’єкта та його основних частин; визначення зон найбільшого зосередження затрат на об’єкті.  

3. Аналітичний етап

Аналіз і уточнення функцій; визначення основних і допоміжних, виявлення непотрібних функцій на об’єкті і його складових частинах; розділення і аналіз затрат, що зв’язані з функціями; порівняння функцій складових частин і затрат на їх забезпечення з аналогами; порівняння функцій і затрат аналогічних (подібних) систем і об’єктів, виконання міжзаводського аналізу (при необхідності); уточнення пошуку резервів економії в об’єкті за функціональними зонами; формулювання задач для пошуку нових ідей і варіантів оптимальних рішень.

4. Творчий етап

Уточнення напряму і задач пошуку нових рішень, вибір методів колективної чи індивідуальної творчості для реалізації задач; визначення тематики, планування творчих нарад; організація і проведення творчих нарад для формулювання ідей; обробка і систематизація результатів творчих нарад для їх оцінки; підготовка матеріалів для оцінки результатів нарад функціональними службами.

5. Дослідницький етап

Систематизація варіантів нових рішень; виключення нераціональних пропозицій і експертиза решти; дослідження і експериментальна перевірка (за необхідністю) можливості виконання необхідних функцій у варіанті рішення; оцінка реалізації рішення з позицій матеріально-технічного, виробничого і фінансового забезпечення; визначення затрат і економічності виконання функцій у залишених варіантах; рангування варіантів та вибір оптимального.

6. Етап рекомендацій

Оформлення рекомендацій щодо впровадження вибраного варіанту рішення з уточненням розрахунків його ефективності; погодження рішення зі службами та керівництвом; обговорення пропозицій керівництвом і прийняття рішення; розробка проекту та затвердження календарного плану впровадження рекомендацій, передача затверджених рекомендацій службам до виконання.

7. Етап впровадження

Погодження календарного плану впровадження ФВА з іншими розділами плану підвищення ефективності виробництва; організація роботи щодо реалізації рекомендацій; контроль за виконанням плану впровадження у виробництво; заохочення учасників розробки і впровадження; оцінка отриманих результатів, співставлення їх з очікуваними даними; оформлення звіту про впровадження ФВА  на об’єкті.     

5.5. Метод мозкової атаки (штурму)

Сучасні методи мозкової атаки (штурму) мають історію, яка починається у ХVI – XVII століттях, в часи сміливих морських експедицій. Тоді на кораблях існував певний порядок дій у критичних ситуаціях. Капітан корабля (чи старший офіцер, якщо капітан загинув), збирав всю команду на коротку корабельну раду. Тут кожен повинен був висловити свою думку щодо усунення труднощів чи шляху виходу з біди. При цьому строго притримувалися такого порядку:

  •  першими виступали юнги та молодші матроси;
  •  другими -  старші матроси;
  •  офіцери за рангом з наймолодшого;
  •  капітан (якщо він був).

Така процедура стимулювала думку більш досвідчених людей, котрі приходили до зваженіших і розумніших рішень.

Сучасні методи мозкової атаки (МА) були розвинені  в США  А. Осборном (теж колись морським офіцером), який сформулював основні правила МА і створив свою школу підготовки винахідників. Методи МА легко засвоюються людьми з різним рівнем підготовки і кваліфікації. Цю методику доцільно використовувати:

  •  при вирішенні винахідницьких задач;
  •  підготовці проектних рішень;
  •  в області сфери обслуговування;
  •  бізнесу чи економіки;
  •  карного розшуку;
  •  соціології;
  •  при розробці військових операцій і т.п.

5.5.1. Метод прямої мозкової атаки

Нижче будуть сформульовані основні правила проведення МА, включно з принципами формування колективу МА та правилами запису і оформлення результатів.

5.5.1.1. Формулювання задачі

Перед сеансом МА повинна бути в документальній формі чітко сформульована задача. Якщо формулювання задачі включає спеціальні терміни, що можуть бути не всім зрозумілими, то задачу необхідно переформулювати у доступному викладі.

При формулюванні задачі обов’язково виділити два питання:

  •  що в результаті її вирішення слід отримати або зробити?
  •  Що перешкоджає досягнути бажаного?

Постановка задачі повинна стимулювати активну творчість групи МА.


5.5.1.2. Формування групи МА

Досвід показує, що оптимальне число учасників МА складає від 5 до 12 чоловік, але не менше 3-х.

Група має два рівні організації:

  •  стале ядро, в нього входять керівник і співробітники здатні до швидкого генерування ідей і добре ознайомлені з правилами МА;
  •  тимчасові члени, запрошуються в групу залежно від характеру задачі.

В групу МА не включають природжених скептиків і критиканів. Тимчасові члени групи МА повинні бути гармонійним доповненням ядра і підбираються з дотриманням таких правил:

  •  кількість спеціалістів з даного питання не повинна бути більше від половини:
  •  у склад групи необхідно включати допоміжний персонал (конструкторів, технологів, економістів, постачальників, монтажників і т.п.);
  •  бажано включати жінок, бо вони оригінально думають і підвищують тонус мужчин, стимулюють змагання серед них;
  •  обов’язково включати людей “зі сторони” (лікар, автоінспектор, вчитель, повар, експедитор, продавець і т.п.);

Група МА – це творчий мікроколектив, дружна команда, її члени повинні доповнювати один одного.

5.5.1.3. Правила проведення МА

1. Намагайтесь висловити щонайбільше ідей. Віддавайте перевагу кількості, а не якості. Ідеї формулюйте короткими реченнями.

2. Під час сеансу МА абсолютно заборонена критика ідей. Забороняється іронія, консервативні думки, репліки типу “такого ще не було!”, “що скаже директор”, “це нісенітниця – сни сивої кобили” і т.п.

3. Зовнішньо і внутрішньо підтримуйте і приймайте всі ідеї, навіть на перший погляд фантастичні та найдурніші. Віддавайте перевагу не логіці, а одкровенню, необмеженій і вільній фантазії у будь-яких напрямках.

4. Дуже сприяють творчій атмосфері сміх, гумор, каламбури, анекдоти і т.п. Створюйте таку атмосферу.

5. Намагайтесь комбінувати, покращувати, розвивати ідеї, що були сказані раніше, отримувати нові асоціації.

6. Забезпечте дружні, вільні і довірчі стосунки між членами групи МА. Забороняється зле жартувати на над невдалими ідеями після сеансу МА.

Справжній сеанс МА, коли думається легко, в голову йдуть будь-які ідеї, асоціації, фантазії, видумки. Саме такі обставини дозволяють звільнити підсвідомість – найпотужніший апарат творчого мислення.  

5.5.1.4. Обов’язки керівника сеансу МА

Ведучий групи МА повинен підтримувати дружній настрій і володіти чуттям гумору. Окрім цього він повинен:

1. Представити всім нових членів групи, даючи їм коротку і похвальну характеристику. Познайомити всіх з правилами МА.

2. Вміти чітко та емоційно викласти суть задачі як на мові спеціальних термінів, так і загальновживаними словами. При цьому він повинен викласти задачу так, щоб члени сеансу МА сприймали її як свою, підсилюючи це такими зауваженнями - “щоб ви зробили, якщо б повна відповідальність була на вас?” , „якщо б від вирішення задачі залежало ваше життя?”.

3. Ведучий повинен забезпечувати виконання правил всіма учасниками МА, не використовуючи накази та критичні зауваження. Його роль подібна до функції арбітра на футбольному полі, чи тамади на весіллі.

4. Він повинен забезпечувати неперервність процесу МА, використовуючи заохочувальні приклади, репліки.

5. Ведучий слідкує, щоб обговорення не було надто вузьким і практичним. Він повинен своїми репліками розширювати сферу пошуку.

6. До його обов’язків входить контроль за регламентом. Він повинен повідомляти скільки часу залишилося до кінця сеансу. Мусить вміти тактично зупинити учасника, який говорить більше ніж 30 с. Зобов’язаний дбати про інтенсифікацію процесу пошуку в останні 3 – 5 хв., використовуючи при цьому емоційні вигуки, міцні (в рамках) слова, прислів’я.

5.5.1.5. Організація процесу МА

1. Запрошення на сеанс МА дають за  2 – 3 дні у письмовій формі з викладом суті задач МА. Деколи доцільно постановку задачі повідомляти лише частині учасників.

2. Повний час сесії МА -  1,5 – 2 години. Сесія МА має такий регламент:

  •  знайомство учасників один з одним, 5 – 10 хв.;
  •  формулювання задачі ведучим і відповіді на запитання, 10 - 15 хв.;
  •  проведення МА, 20 – 30 хв.;
  •  перерва, 10 хв.;
  •  редагування списку ідей, 30 – 40 хв.

3. Приміщення повинно бути нейтральним і забезпеченим від шуму. Сидіти найкраще за круглим столом або П - подібним столом.

4. Доцільна попередня психологічна орієнтація, наприклад, відеофільм або кліп (щоб відволіктись від буденщини).

5. Протягом сеансу МА можлива тиха, фонова музика.

6. Демонстрація натурального зразка, макета чи ескізу об’єкта, котрий слід модернізувати.

7. Демонстрація аналогічних об’єктів, випадкових предметів, слів (іменників, прикметників, дієслів).

8. Пригощання чаєм, кавою.

9. Оголошення перед сеансом про винагороду, яка буде вручена одразу після нього (це можуть бути сувеніри, білети в сауну, лотерейні білети, гроші або якась цікава мініатюра і т.п.).

5.5.1.6. Запис і оформлення результатів МА

Запис ідей, що озвучені протягом сеансу МА робиться одним з трьох способів:

1. Всі ідеї стенографуються.

2. Записуються на магнітофон.

3. Кожен учасник після того як заявив ідею, записує її.

Можливі комбінації, наприклад, 2-го і 3-го способів.

Після сеансу МА робиться напівкритичний аналіз ідей з метою відкидання найбільш абсурдних і неприйнятних ідей.  Під час редагування деякі ідеї можуть бути посиленими або можуть виникнути нові.

Всі ідеї бажано поділити на три групи:

  •  найбільш прийнятні і доступні для реалізації;
  •  найбільш ефективні і перспективні;
  •  та інші.

Відредагований список ідей передається далі для більш детальної проробки з позицій патентування та використання у проектно-конструкторських розробках.

Після рішення про оформлення заявок на окремі ідеї уточняється та погоджується з керівником МА список авторів, пізніше він передається на обговорення і погодження з усією групою МА.

5.5.1.7. Навчально-тренувальні задачі

Перед проведенням сеансів МА, потрібно з усіма учасниками чи ядром групи відпрацювати техніку МА. Для цього слід використовувати тренувальні задачі. Вони повинні задовольняти таким вимогам:

  •  бути загальнозрозумілими для всіх учасників МА;
  •  включати якомога більше число потенційних рішень;
  •  викликати зацікавленість учасників.

Як тренувальні, можна брати задачі з життя, що задовольняють сформульовані вимоги, наприклад:

  •  Як припинити куріння у корпусах університету?
  •  Як запобігти списуванню контрольних завдань?
  •  Як підвищити число вступників до університету?
  •  Як запобігти розкраданню університетського майна?
  •  Що слід зробити для підвищення якості підготовки спеціалістів?
  •  Як залучати студентів до науково – технічної роботи у лабораторіях?
  •  Що необхідно зробити для покращення побуту у гуртожитках?
  •  Яким способом зацікавити студентів отримувати якісні знання?
  •  Що заважає ефективному використанню вільного часу студентів?
  •  Чи ефективне заочне навчання і які заходи можуть все ж сприяти реальній якості цього виду навчання?

5.5.2. Метод зворотної мозкової атаки (ЗМА)

5.5.2.1. Теоретичне підґрунтя методу

Метод ЗМА ґрунтується на законі прогресивної конструктивної еволюції технічних об’єктів (ТО).

Суть закону: Перехід до нових зразків техніки відбувається через виявлення та усунення недоліків у існуючому поколінні ТО при наявності необхідного науково-технічного та економічного потенціалу.

Через це при створенні нового (удосконаленого) зразка ТО завжди вирішують дві задачі:

1. Виявлення в існуючих зразках ТО максимальної кількості недоліків.

2. Максимально можливе усунення недоліків у новому ТО.

Перша задача відноситься до постановки винахідницьких та проектно-конструкторських робіт, а друга до синтезу нового ТО. Перша задача передбачає виявлення і формулювання повного списку недоліків, що бувають двох типів:  

1. Виявлені при виготовленні, експлуатації, ремонті і утилізації виробів.

2. Недоліки, що виникнуть в найближчому майбутньому у виробі, який зараз виробляється.

Гіпотетично існує найповніший перелік недоліків, тому найкраще вирішення першої задачі це максимальне наближення до гіпотетичного списку. Повний список недоліків (незалежно від причини їх виникнення) повинен відображати всі можливі відхилення існуючого ТО від бажаного.


5.5.2.2. Сфера застосування методу ЗМА

Метод ЗМА може застосовуватися для:

  •  уточнення постановки винахідницьких та дослідницьких задач;
  •  розробки технічного завдання чи технічної пропозиції;
  •  експертизи проектно-конструкторської документації на будь-якому етапі його розробки (технічне завдання, технічна пропозиція, ескізний чи робочий проекти, експериментальний або дослідний зразки).

5.5.2.3. Формулювання задачі

Формулювання задачі для ЗМА повинно включати короткі, але вичерпні відповіді на такі питання:

1. Який об’єкт необхідно покращити?

2. Чи відомі (і які) недоліки об’єкта, що зв’язані з його виготовленням, експлуатацією і ремонтом?

3. Що прагнемо отримати завдяки ЗМА?

4. На що слід звернути основну увагу?

Перше питання слід доповнити слайдами, відеопоказом, демонстрацією натурного зразка чи макета і т.п.

Інформація, що стосується 2-ої позиції може бути отримана у виготівників, користувачів, монтажників та налагоджувальників.

Під час сеансу ЗМА слід намагатися передбачити розвиток ТО вперед на 5 –10 років, у т.ч. і його можливих прихованих недоліків.

Стосовно 3-ої позиції слід виокремити найдошкульніші недоліки (наприклад, міцність окремих елементів, деталей, вузлів, надійність роботи системи, економію палива, охорону довкілля).

При формулюванні задачі слід також взяти до уваги рекомендації п. 5.5.1.2.

5.5.2.4. Формування групи ЗМА

Виконується згідно правил п. 5.5.1.2 за винятком того, що для сеансів ЗМА слід включати природжених  критиканів та скептиків. 

5.5.2.5. Правила для учасників сеансу ЗМА

Ці правила поведінки співпадають з правилами прямої МА, див. п. 5.5.1.3.

5.5.2.6. Обов’язки ведучого ЗМА

В основному співпадають з правилами поданими в п. 5.5.1.4. Для полегшення роботи ведучого і забезпечення безперервної генерації ідей рекомендують ведучому використовувати такий перелік питань:

1. Для яких параметрів ТО або його елементів очікуються відхилення від норми?

2. Які очікувані труднощі при виготовленні, монтажі контролі роботи окремих вузлів, систем?

3. Які можуть виникнути проблеми з постачанням матеріалів, комплектуючих, запчастин зараз і через 5 – 15 років?

4. Які можуть виникнути проблеми з енергопостачанням зараз і через 5 – 15 років?

5. Які незручності при обслуговуванні, і які помилки оператора можливі?

6. Чи можуть виникнути елементи небезпеки для користувачів, обслуговуючого персоналу чи сторонніх осіб?

7. Які можуть виникнути проблеми з постачанням тепер і через 5 – 15 років?

5.5.2.7. Організація сеансів ЗМА      

Повністю співпадає з рекомендаціями п. 5.5.1.5.

5.5.2.8. Запис і оформлення результатів ЗМА

Виконується у відповідності до п. 5.5.1. Проте, додатково, недоліки класифікуються за спорідненістю між собою в окремі групи. Можуть бути виокремленні такі групи:

  •  функціональні вимоги;
  •  виробництво;
  •  збут;
  •  експлуатація;
  •  охорона довкілля.

Виконується рангування недоліків від головних до другорядних. Наприклад, розділити на групи: головні, середні, другорядні.

Для зручності недоліки можна оформити у вигляді таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

№ пп

Назва недоліку

Фактичні або можливі наслідки цього недоліку

Фактичні або можливі причини виникнення

Якщо складається таблиця, то час на обробку даних ЗМА може збільшитися на 0,5 – 1 год. Для інтенсифікації процесу виявлення можливих недоліків та їх наслідків доцільно застосовувати сеанс МА.

5.5.3. Комбіновані варіанти МА

5.5.3.1. Подвійна МА

Після проведення сеансу МА робиться перерва від 2-х годин до 2 – 3-х днів, а пізніше МА повторяється ще раз. Така методика орієнтована на використання механізму підсвідомості.

5.5.3.2. Мозкова атака з оцінкою ідей

Призначена для вирішення складних конструкторських ідей і виконується протягом трьох етапів.

Перший етап (перша сесія). Проводиться пряма МА. Загальний список ідей передається кожному учаснику. При цьому кожен повинен незалежно від інших відібрати до п’яти найкращих ідей з мотивацією їх переваг. Допускається додавати нові ідеї.

Другий етап (друга сесія). Кожен учасник доповідає про свої варіанти та їх переваги. Щодо кожної ідеї проводиться коротка (5 – 10 хв.) МА з метою покращити варіант; виявити недоліки; запропонувати ідеї щодо усунення недоліків. За результатами обговорення складається таблиця 5.2 (див. Зразок). Кожному учаснику пропонується незалежно вибрати з таблиці один або два найкращі рішення і створити ескізи рішень.

Третій етап (третя сесія). Обговорюються найкращі технічні рішення та їх ескізи. Складається перелік пропозицій до цих технічних рішень. Ескізи ідей та рішень впродовж сесії можуть бути додатково перероблені та деталізовані.

Таблиця 5.2

№ пп

Опис ідеї

Преваги ідеї

Недоліки ідеї

Приймається рішення щодо патентних досліджень за найкращими рішеннями та їх патентування.

5.6. Висновки

5.6.1. Евристика – наука про принципи творчого мислення, про засади та методи творчості.

5.6.2. Одними з найбільш вживаних евристичних методів є асоціативні методи рішення творчих задач:

  •  метод каталогу;
  •  метод фокальних об’єктів;
  •  метод гірлянд випадкових асоціацій.

5.6.3. Процедура пошуку рішень винахідницьких та інших творчих задач сформульована у вигляді списків контрольних питань Осборна, Ейлоарта та інших дослідників. Основна мета цих питань – стимулювати творчих пошук шляхом концентрації уваги як на суті самої задачі, так і на підходах до її вирішення зі сторони дослідника. Область застосування методів контрольних питань – вирішення будь-яких творчих завдань.

5.6.4. Процес пошуку  допустимих рішень задач допускає формалізацію у межах морфологічного аналізу (морфологічного ящика). Цей метод передбачає глибоке розуміння суті задачі і вміння виділити основні функціонально конструктивні елементи досліджуваної системи.

5.6.5. Техніко-економічну оптимізацію технічних об’єктів доцільно робити користуючись схемою функціонально-вартісного аналізу, який ґрунтується на прагненні до максимальної функціоналізації технічної системи та її вузлів.

5.6.6. Оперативний пошук шляхів вирішення проблем з максимальним використанням інтелектуальних ресурсів творчого колективу реалізується в методі прямої і зворотної мозкової атаки або їх різних варіантів.

Суть методу МА в пошуку максимальної кількості варіантів рішення задачі, спирається на принцип взаємної генерації ідей невеликим колективом дослідників. Суттєвою ознакою методу прямої МА є створення сприятливих умов для співгенерації (зародження) ідей можливих рішень і недопустимість критики, навіть, найфантастичніших ідей.

5.6.7. Протилежний принцип тактики процесу МА реалізується у методі зворотної МА. Мета  методу ЗМА – пошук найбільшої кількості суперечностей або недоліків у існуючому технічному (чи іншому) об’єкті або варіанті рішення технічної задачі. Усуваючи ці недоліки створюють новий технічний об’єкт. Методи прямої і зворотної МА доповнюють один одного.

5.7. Питання для самоконтролю

1. Поясніть зміст терміну „евристика” та сформулюйте основні поняття евристики.

2. Коротко охарактеризуйте асоціативні методи пошуку технічних рішень при створенні зразків нової техніки.

3. В чому суть методів контрольних питань А. Осборна та Т.Ейлоарта? Яке основне завдання вирішують ці методи?  

4. В чому суть морфологічного аналізу технічного об’єкта? Перелічіть п’ять основних етапів морфологічного аналізу.

5. У яких ситуаціях доцільно застосовувати морфологічний аналіз?

6. Опишіть зміст основних етапів ФВА. Детально зупиніться на описі аналітичного та дослідницького етапів.

7. Коротко опишіть, що таке і сфери застосування МА. Поясніть, чому метод МА можна використовувати при підготовці проектних рішень?

8. Опишіть суть і процедуру МА, її основні етапи та правила проведення.

9. Які основні обов’язки керівника сеансу МА? Опишіть основні елементи організації МА. У який спосіб оформляють результати МА?

10. Що таке метод ЗМА? Що спільного у цього методу з методом МА? На чому ґрунтується метод ЗМА? Сформулюйте сферу застосування методу ЗМА.

11. Опишіть процедуру формування колективу для ЗМА та процедуру її проведення.

12. Сформулюйте основний перелік питань, що використовується при проведенні ЗМА.

13. Яким чином організовується ЗМА і які особливості запису і оформлення результатів ЗМА?

14. Які ви знаєте ще методи чи варіанти МА? Опишіть коротко ці методи і поясніть особливості їх застосування.

15. Ви вважаєте вивчення різноманітних методів МА тратою часу, чи  бачите, хоча б приблизно, можливості використання цих методів у вашому повсякденному житті, майбутній професійній  діяльності?     

 


6. Пошук і обробка науково-технічної і патентної

   інформації

Нова справа завжди починається з ідеї. В науці і техніці, бізнесі і торгівлі, у інформаційній і гуманітарній діяльності - всюди на зміну старим рішенням і концепціям приходять більш перспективні та ефективні. Швидкість освоєння нового визначає швидкість розвитку науки і промисловості, економіки, фінансів, тощо. При цьому слід пам’ятати, що майже все суще  сьогодні на Землі, колись було: спочатку фантазією, потім думкою і словом, і лише вкінці стало тим, чим є на сьогоднішній день.

Питання і проблеми, які стоять перед вами сьогодні - вже стояли перед кимось. Необхідно лише дізнатися де, коли і з ким, знайти цей досвід і знання та скористатися ними. Не використовувати накопичені знання та досвід у своїй роботі нерозумно і зв’язано з ризиком для існування. Доведено, що нові рішення проблем переважно є унікальними не більше ніж на 20%, а в останньому повторюють раніше відомі. Потрібно тільки звернутися до накопиченого досвіду, правильно його застосувати і скерувати в необхідне русло.

Таким чином, проблема накопичення, збереження та зручності використання інформації стає визначальною для забезпечення сталого розвитку суспільства. Для довгострокового збереження слугують носії інформації - книги, періодичні видання, промислові каталоги, патентна документація, видання органів науково-технічної інформації (НТІ), нормативна документація з стандартизації, неопубліковані матеріали та інші документи як на паперовому, так і на електронному носіях.

       6.1.  Основні види документів і видань

В залежності від способу представлення інформації документи поділяють на:

  •  текстові (книги, журнали, звіти, спеціальні види документації тощо);
  •  графічні (креслення, схеми, діаграми);
  •  аудіовізуальні (звукозаписи, кіно - і відеофільми);
  •  електронні (бази даних, документи глобальної мережі Internet) та інші.

Окрім цього документи поділяють на первинні, що безпосередньо висвітлюють результати наукових досліджень і розробок, нові наукові відомості або нове розуміння відомих ідей і фактів і вторинні, що утворюються в результаті аналітично-синтетичної і логічної переробки одного або декількох первинних документів та неопубліковані документи.

Первинні документи – книги, брошури, монографії, збірники наукових праць, навчальні посібники, офіційні видання, що публікуються від імені держави, які містять матеріали законодавчого, нормативного або директивного характеру, спеціальні види документації.

Найбільш оперативним джерелом НТІ є періодичні видання, які виходять через певні проміжки часу. Традиційними видами періодичних видань є газети та журнали. До періодичних видань відносяться і видання, які продовжуються і виходять через невизначені проміжки часу, по мірі накопичення матеріалу. Зазвичай це збірники наукових праць інститутів, вищих навчальних закладів тощо.

Спеціальні види технічних видань - до них відносять нормативну документацію зі стандартизації ( ГОСТ, ДСТУ, ДБН тощо) та патентну документацію, яка має важливе значення для виконання науково-дослідних робіт і представляє собою сукупність документів про винаходи, корисні моделі та інші об’єкти промислової власності, а також відомості про права патентовласників.

Патентна документація має високий ступінь достовірності, оскільки щодо них робиться  кваліфікаційна експертиза на винахідницький рівень, новизну і промислову придатність.

До основних видів неопублікованих документів відносяться науково-технічні звіти, дисертації, депоновані рукописи, наукові переклади, конструкторська документація, інформаційні повідомлення про проведені науково-технічні конференції, семінари, симпозіуми.

Вторинні документи поділяють на довідкові (словники, довідники), оглядові, реферативні, бібліографічні (покажчики.

До вторинних неопублікованих документів відносять реєстраційні і інформаційні карти, облікові картки дисертацій, покажчики депонованих рукописів, бюлетені і збірники рефератів НДР і ДКР.

Вся документація підлягає відповідній обробці, обліку і розміщенню. Розміщення документації роблять так, щоб  була можливість оперативно і якісно знайти необхідний документ. Так, розміщення книжкового фонду здійснюється за індексами УДК, періодичних видань – у хронологічно-абеткову порядку, нормативних документів зі стандартизації – у нумераційному порядку, патентна документація – за рубриками МПК.

6.2. Класифікації документів

6.2.1.  Універсально-десяткова класифікація

Традиційними засобами для впорядкування документальних фондів, організації пошуку є бібліотечно-бібліографічні класифікації. Найбільше поширеною для фондів технічної літератури є Універсальна десяткова класифікація (УДК), яка використовується у більш як 50-ти країнах і юридично є власністю Міжнародної федерації з документації (МФД).

В СРСР УДК впроваджена з 1963 року як єдина система класифікації всіх публікацій з точних наук і техніки. У 2000 році вийшли з друку таблиці українською мовою “Універсальна десяткова класифікація” перекладені з англійської мови за фінансової підтримки Міжнародного фонду “Відродження” та Інституту відкритого суспільства (Будапешт, Угорщина). За фінансової підтримки того ж Міжнародного фонду “Відродження” Інститутом математичного моделювання “Фраксім” з дозволу Книжкової палати розроблена електронна версія УДК. УДК дозволяє повністю представити фонди науково-технічної інформації і забезпечити оперативний пошук інформації. Характерною рисою УДК є те, що вона охоплює всі галузі знань, має можливість безмежно ділитися.

УДК складається з основних і додаткових таблиць.

Основна таблиця містить поняття і відповідні їм індекси. Перший ряд основної таблиці має такі класи:

0 – Загальний відділ. Наука. Організація. Розумова діяльність

  1.  Філософія. Психологія
  2.  Релігія. Теологія (богослов’я)
  3.   Суспільні науки. Економіка. Право. Праця
  4.   Вільний
  5.  Математика. Природничі науки.
  6.  Прикладні науки. Медицина. Техніка
  7.  Мистецтво. Декоративно-прикладне мистецтво. Фотографія.

       Музика

  1.  Мова. Мовознавство. Художня література
  2.  Географія. Історія. Краєзнавство

Кожний з 10 класів поділений на 10 розділів, які у свою чергу діляться на більш дрібні підрозділи. Для кращого прочитання індексу після кожних трьох цифр, починаючи зліва, ставиться крапка. Всередині кожного розділу застосовується ієрархічна побудова  від загального до більш детального. Наприклад: 5- Математика. Природні науки; 53- Фізика, 536- Термодинаміка.

До таблиць додаються допоміжні таблиці визначників, за допомогою яких робиться подальша деталізація індексів. Визначники поділяються на загальні і спеціальні. Загальні визначники відображають категорії і ознаки, які застосовуються у всіх системах: час (лапки), місце (дужки), мова( знак рівності) тощо. Наприклад: = 20 ( на англійській мові), “2001.10.20” (20 жовтня 2001 року).

Основними символами спеціальних роздільників є: дефіс  застосовується для позначення елементів, складових частин. Для відображення відношень між поняттями використовується знаки з’єднань. Серед них найбільш поширеними є знак приєднання (+), поширення (/), відношення (:).

Для покращення роботи з таблицями УДК до них додається абетково - предметний покажчик. Поняття в цьому покажчику розміщені в абетковому порядку.

6.2.2. Міжнародна патентна класифікація

Для правильного проведення пошуку інформації необхідно визначити кваліфікаційні індекси з кожного предмету пошуку.

Для пошуку патентної інформації використовують Міжнародну та національні класифікації винаходів (МПК, НКВ), для інших джерел науково-технічної інформації, як ми з’ясували. використовують універсальну десяткову класифікацію (УДК).

МПК (міжнародна патентна класифікація)  – інструмент для впорядкованого зберігання патентних документів, полегшує доступ до документу, є основою для визначення рівня техніки у даній галузі. Перша редакція діяла з 1 січня 1968 року. Вона базується на Страсбурзькій угоді 1972 р., підготовленій Міжнародним бюро Всесвітньої організації інтелектуальної власності (ВОІС). Нині 70 патентних відомств, які публікують понад 90% світового обсягу патентних документів, застосовують цю класифікацію як основну. Щоб на кожному етапі свого застосування МПК відповідала існуючому рівню розвитку техніки, вона зазнає в рамках ВОІВ періодичного перегляду (один раз на п’ять років). Нині діє 7-ма редакція класифікації. До шостої редакції патентним відомством України здійснено переклад покажчика ключових термінів. Незважаючи на те, що МПК періодично переглядається, її структура і принцип побудови незмінні - вона залишається ієрархічною класифікацією. МПК охоплює всі галузі знань, об’єкти яких можуть мати правову охорону, і розділена на вісім розділів, що містять приблизно 67000 рубрик. Кожна рубрика визначається індексом, що складається з букв латинського алфавіту і арабських цифр. Розділи позначаються заголовними буквами латинського алфавіту:

A – “Задоволення життєвих потреб людини”;

B – “Різні технологічні процеси; транспортування”;

C – “Хімія, металургія”;

D – “Текстиль, папір”;

E – “Будівництво; гірнича справа”;

F – “Механіка; освітлення; опалювання; двигуни і насоси; зброя і боєприпаси; підривні роботи”;

G – “Фізика”;

H – “Електрика”

Розділи у свою чергу діляться на класи (118), класи на підкласи (624). Дроблення здійснюється у порядку ієрархічного підпорядкування

Наприклад:

С02F – обробка води, промислових і побутових стічних вод;

С02F 1/46 –електрохімічними способами;

С02F 1/461 – електролізом.

Окремі розділи носять функціональний характер, інші - галузевий. Інколи це призводить до розпорошення документів у різних класах.

6.3 Патентні дослідження

Зважаючи на те, що в результаті господарської діяльності, чи то виробничої, чи то наукової. повинні створюватися конкурентоспроможні об’єкти, їх необхідною умовою є виконання попередніх досліджень щодо технічного рівня, виключення дублювання досліджень  і розробок, визначення патентної ситуації. Патентні дослідження робляться при виконанні широкого спектру робіт, зокрема маркетингу, прогнозуванні. перспективному і поточному плануванні, формуванні замовлень, вибору напрямів дослідження в разі створення нових і модернізації існуючих об’єктів господарської діяльності, виконанні науково-дослідних робіт (НДР), дослідно-конструкторських робіт (ДКР), науково-технологічному співробітництві, постановці об’єкту господарської діяльності  (ОГД) на виробництво, реалізації ОГД, правової охорони об’єктів промислової власності.

Наказом Держстандарту  України від 6 червня 1997 р. №327 з 01.01.98р. введений в дію державний стандарт України ДСТУ 3575-97 “Патентні дослідження. Основні  положення та порядок проведення”.

Патентні дослідження включають виконання таких основних робіт:

  •  розробку та оформлення завдання на проведення досліджень;
  •  розробку та оформлення регламенту пошуку;
  •  пошук та підбір джерел інформації;
  •  систематизацію і аналіз відібраної інформації в процесі пошуку;
  •  оформлення звіту.

При складанні завдання визначають, які властивості потрібно досліджувати. Наприклад, необхідно зробити аналіз тенденцій розвитку , визначити патентну ситуацію. Для цього назначаються відповідальні працівники.

Регламент пошуку є програмою, яка визначає межі пошуку за фондами патентної та науково-технічної літератури стосовно визначеної теми. Потрібно визначити джерела інформації, ретроспективу пошуку, країни, щодо яких робиться пошук, класифікаційні рубрики.

Визначення держав пошуку. Вибір держав пошуку інформації визначається метою досліджень. Якщо метою є визначення патентоспроможності об’єкта, то пошук повинен проводитися, як мінімум, за документацією таких держав: Україна, Росія, СРСР, США, Франція, Велика Британія, ФРН, Японія, Швейцарія, Австралія, а також по тій країні, де найбільше розвинена дана галузь. 

Якщо дослідження робляться при виконання НДР чи ДКР, то об’єктами пошуку повинні бути провідні у даній галузі держави. Інформація, знайдена у їх фондах, дасть можливість здійснити аналіз тенденцій розвитку ринку даного об’єкта, умов конкуренції на ринку, що дозволить прийняти важливі управлінські рішення щодо подальшої розробки і постановки на виробництво.

Визначення ретроспективи пошуку. Глибина пошуку інформації залежить від мети досліджень. Для визначення патентоспроможності пошук проводять як правило на глибину до 50 років. Для нових галузей техніки пошук робиться, починаючи з перших публікацій. Для визначення тенденцій розвитку – від 5 до 15 років.

Вибір джерел інформації. Під час патентних досліджень використовують широке коло джерел патентної та науково-технічної інформації, яке включає також кон’юнктурно-економічну інформацію. Патентна інформація, як джерело науково-технічної інформації володіє  оперативністю, достовірністю, повнотою. Основою патентної інформації є описи винаходів, які згідно законодавства не можуть мати неправильних відомостей і відрізняються новизною. Через це правильне використання патентної інформації дозволяє здійснювати  розробки на рівні світових зразків з врахуванням тенденцій розвитку техніки .

Вірний вибір джерел інформації впливає на якість та вірогідність досліджень, а також на трудовитрати при їх проведенні.

Використовується патентна інформація, реферативна інформація, яка видається інформаційними органами (ІНІТІ), звіти про НДР та ДКР, проспекти, каталоги, фірмові довідники.

Всі ці дані заносяться у відповідні таблиці патентного дослідження.

За сформованим регламентом проводяться пошук документів. У результаті оформлюється довідка про пошук , у якій дається перелік держав пошуку, інформаційних баз, видів документів.

Наступним етапом є систематизація і аналіз відібраної інформації за предметом пошуку. На цьому етапі визначають динаміку патентування, документи-аналоги, ліцензійну діяльність фірм щодо досліджуваного об’єкту.

Патентні дослідження оформляються  звітом. Приймаються рішення про подальші напрями розробок та їх захист, як об’єктів промислової власності.

6.4. Державні та міжнародні системи науково-технічної

      інформації

Законом України “Про науково-технічну інформацію” було передбачено створення в Україні національної системи науково-технічної інформації, але на сьогодні така система ще не створена. Система, яка функціонує у Міністерстві освіти і науки України виконує функції державної системи і забезпечує виконання Указів і Розпоряджень Президента України і Постанов уряду у сфері науково-технічної інформації. В цю систему входять УкрІНТЕІ, на який покладено функції головної організації системи науково-технічної інформації, Державна науково-технічна бібліотека, 22-ва територіальні органи науково-технічної інформації і 3-ри філії УкрІНТЕІ.

Основним призначенням системи НТІ є задоволення потреб громадян, юридичних осіб щодо науково-технічної інформації. ЇЇ діяльність грунтується на безперервному зборі всіх видів науково-технічної літератури і документації на будь-яких носіях, що мають відношення до розвитку науки, техніки, виробництва, їх бібліотечно-бібліографічна обробка, упорядковане збереження і розповсюдження. Продукти обробки використовуються для створення довідково-інформаційних фондів. Наступним рівнем інформаційної роботи є відбір першоджерел, їх аналітико-синтетична обробка, створення на цій основі аналітичних довідок, оглядів, доповідей, проведення пошуків та досліджень.

Державні територіальні органи НТІ виконують  такі функції:

  •  формування регіонально орієнтованих довідково-інформаційних фондів і баз даних;
  •  збір інформації про наукові досягнення та передовий досвід і створення відповідної бази даних;
  •  інформаційно-аналітична діяльність;
  •  інформаційне забезпечення будь-яких споживачів науково-технічною інформацією;
  •  проведення науково-практичних конференцій, семінарів, виставок.

Головна функція системи полягає у створенні в Україні умов для вільного обміну досягненнями сучасної науки, техніки і виробництва і швидкого їх впровадження у різні галузі економіки країни.

Державна система переорієнтовується на випуск таких конкурентоспроможних видів продукції і послуг:

- видання інформаційно-аналітичних вісників, інформаційних бюлетенів, збірників наукових статей;

- проведення моніторингів, нарад-навчань;

- створення консультативних пунктів;

- проведення конференцій, семінарів, шкіл-семінарів;

- організація виставок, ярмарок ;

- проведення рекламно-інформаційних презентацій.

Зараз здійснюється робота щодо надання державній системі науково-технічної інформації статусу національної. Передбачається координація і взаємодія інформаційних підрозділів сфери освіти, науки, інноваційної діяльності, інтелектуальної власності, а також взаємодія обласних управлінь освіти і науки з регіональними ЦНТЕІ. Система науково-технічної інформації України підтримує міжнародне співробітництво у сфері науково-технічної інформації: у Міждержавній координаційній раді з науково-технічної інформації, Міжнародному центрі наукової і технічної інформації.

Окрім цих органів функціонують наукові і науково-технічні бібліотеки, галузеві та відомчі органи та служби НТІ, які вирішують задачі розвитку систем науково-технічної інформації в окремих галузях України, органи і служби НТІ підприємств і організацій, які вирішують питання задоволення інформаційних потреб своїх фахівців і працівників.

Наукові, науково-технічні бібліотеки та довідково-інформаційні фонди органів НТІ виконують функції формування фондів першоджерел НТІ.

Служби НТІ галузевих та відомчих органів, підприємств і організацій діють в інтересах задоволення інформаційних потреб галузі та виконує функції формування висхідного потоку НТІ, формування довідково-інформаційних фондів галузевого характеру.

Для забезпечення науковців, розробників, винахідників патентною інформацією формуються патентні фонди. Патентні фонди є складовою частиною довідково-інформаційних фондів ЦНТЕІ України, широко представлені фонди патентної документації в ДНТБ, який є найбільшим в Україні і складається з патентних документів 59 країн світу, 4 міжнародних організацій (ВОІВ, ЄПВ, АРІПО, ОАРІ), країн Бенілюксу, англійської інформаційної фірми “Derwent” та видань ВНДІПІ (Росія). Патентні фонди комплектуються у центральних галузевих бібліотеках. У 1999 році в Києві розпочала функціонувати громадська патентна бібліотека Державного департаменту інтелектуальної власності, у фондах якої представлені як вітчизняні так і зарубіжні патентні документи (бюлетені, описи винаходів).

6.5. Пошук інформації з використанням глобальної мережі  

      INTERNET

Для забезпечення пошуків важливим є використання різноманітних джерел інформації як вітчизняних так і зарубіжних. Однак сьогодні через високу вартість зарубіжних патентних документів, реферативних видань органів НТІ, періодичних видань не всі бібліотеки і фонди спроможні забезпечити повне комплектування. З цією метою важливим є використання патентних серверів патентних відомств зарубіжних країн та міжнародних патентних організацій, де представлені патентні документи, законодавчі документи тої чи іншої країни, організації; серверів видавництв, органів НТІ, бібліотек, редакцій окремих видань тощо. Найчастіше доступ до законодавчих документів, рефератів описів винаходів є безкоштовним. Інші види документів, періодичні видання, книги, огляди тощо також представлені в INTERNET. Важливо для швидкого пошуку сформувати адресні довідники з веб-сторінками, на яких висвітлюються тематики тем розробки.

Для подальшого використання пропонуються веб-сторінки окремих бібліотек, органів НТІ України та Росії.

1

Національна бібліотека України ім. Вернадського

http://www.nbuv.gov.ua/

2

Наукова бібліотека Київського університету ім. Тараса Шевченка

http://www.univ.kiev.ua/LIBRARY

3

Наукова бібліотека Національного університету “Києво-Могилянська академія”

http://www.ukma.kiev.ua/ukmalib/

UKRAINE

4

Всеросійський інститут наукової і технічної інформації

http://fuji.viniti.msk.su/

5

Державна публічна науково-технічна бібліотека

http://www.gpntb.ru

6

УкрІНТЕІ

www.irc.ukrpack.net

7

Электронный каталог диссертаций в РГБ с 1995 г. и авторефератов – с 1987г

http://www.rsl.ru/resource/Data/avt.htm

Журнал «Офіційний вісник України»

http:// www.i.com.ua/ gdo

8

Бизнес (газета)

www.business.kiev.ua

9

ДП “Міжнародний центр енергоефективних технологій” в системі національної мережі з енергозбереження (NECIN)

www.cenef.kiev.ua

1

Державний департамент інтелектуальної власності

www.spou.kiev.ua

6.6. Порядок державної реєстрації та обліку науково-дослідних та дослідно - конструкторських робіт

      З метою створення необхідних умов для підвищення ефективності інформаційного забезпечення творчої праці вчених, інженерно-технічних працівників і прискореного використання досягнень у суспільному виробництві Кабінет Міністрів України прийняв 31 березня 1992 р. Постанову №162 “Про обов’язкову реєстрацію науково-дослідних, дослідно-конструкторських робіт і дисертацій”. Даною постановою обов’язки щодо забезпечення державної реєстрації та обліку початих, виконуваних і закінчених науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт, захищених дисертацій, а також підготовку і видачу інформаційних матеріалів покладено на Український інститут науково-технічної та економічної інформації (УкрІНТЕІ),  Міністерства і відомства, Академію наук України, організації, статутна діяльність яких передбачає проведення науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт зобов’язані подавати до УкрІНТЕІ реєстраційні та інформаційні карти про розпочаті, виконувані та закінчені роботи та наукові звіти.

Розроблений порядок державної реєстрації та обліку відкритих науково-дослідних та дослідно - конструкторських робіт і дисертацій. Нині діє Порядок затверджений наказом Міністерства України у справах науки і технологій № 173 від 09.06.98 року в якому визначені вимоги щодо організації робіт з державної реєстрації НДР та ДКР та поширення інформації. Для прикладу наведена РК у Додатку 1.

6.7 Література

1. Корюкова А.А., Дера В.Г. Основы научно-технической информации.- М.: «Высшая школа», 1985.

2. Крюков А. Основы научных исследований.- М.: “Высшая школа”,

3. Пархоменко В.Д. Передумови формування національної інформаційної політики в сфері науково-технічної діяльності // Науково-технічна інформація. -№1, 2001.-С.13.

4. ДСТУ 3575-97. Патентні дослідження. Основні положення та порядок проведення.

5. ДСТУ 3278-94 Система розроблення та поставлення продукції на виробництво. Основні терміни та визначення.

6. Вчерашний Р.П. Методика поиска патентной информации.-М.: ЦНИИПИ. 1977.

7. Колесников А. Патентная документация Украины//интеллектуальная собственность.-1998.-№4.- С.14

8. Скорняков Э. Источники информации при проведении патентных исследований.-М.: ВНИИПИ, 1997.-78 ст.

9. Універсальна десяткова класифікація: У 2 кн..Кн.1. Таблиці: Пер.з англ./Голо. ред. Сенченко; UDC Consortium, Кн.палата України.- К.: Кн.палата України, 2000.-932 ст.


7. Вибір напрямку науково - технічного дослідження. Аналіз і постановка задачі. Етапи наукових та дослідно - конструкторських робіт   

Будь-яке наукове дослідження має свій об’єкт та предмет. Об’єктом наукового дослідження є ідеальна або матеріальна система, яку необхідно створити чи удосконалити.

Предмет дослідження – структура цієї системи, закони її функціонування, система внутрішніх і зовнішніх зв’язків, закони розвитку системи, її різноманітні властивості.

Науково-технічні дослідження класифікують за:

  •  зв’язками з виробництвом (їх важливістю для  продуктивних сил);
  •  метою (фундаментальні, прикладні дослідження та розробки); 
  •  джерелами фінансування(держбюджетні, місцеві бюджети, галузеві бюджети та кошти корпорацій, підприємств і фірм);
  •  строками виконання.

Раніше ми означили (тема 1) поняття фундаментальних та прикладних досліджень. Зупинимося коротко на характеристиці пошукових досліджень.

Пошукові дослідження мають за мету визначення факторів, що впливають на об’єкт, пошук нових технологій та пристроїв, які грунтуються на результатах фундаментальних і прикладних досліджень.

За ступенем важливості науково-дослідних робіт для господарства України вони діляться на роботи, що виконуються за:

  •  комплексними державними програмами розвитку науки і техніки;
  •  спеціальними постановами Кабміну;
  •  галузевими програмами науково-технічного розвитку;
  •  програмами науково-дослідних підрозділів корпорацій і підприємств;
  •  програмами науково-дослідних підрозділів університетів та інших організацій;
  •  ініціативні роботи окремих дослідників.

За джерелами фінансування науково-технічні роботи діляться на:

  •  держбюджетні (за кошти бюджетів різних рівнів);
  •  госпдоговірні (фінансування за кошти організацій-замовників);
  •  такі, що не фінансуються (виконуються на громадських засадах або благодійно).

7.1. Вибір напрямку науково-дослідної  роботи

Структурними одиницями наукового напряму є комплексні проблеми, теми та питання.

Комплексна проблема – це блок проблем, що об’єднані однією метою і від вирішення яких залежить розвиток суспільства та його продуктивних сил і необхідність вирішення яких вже визріла в суспільстві.

Проблема – комплекс задач, що гальмують розвиток суспільства чи галузі, або вирішення яких дозволить значно прискорити їх розвиток.

Проблема може бути глобальною, національною, галузевою, регіональною та виробничою (стосуватися певних виробництв у конкретній галузі).

Тема наукової роботи є за звичай частиною проблеми. При вирішенні задач теми отримують частину відповідей на питання проблеми. Спільне вирішення тем, що стосуються якоїсь проблеми дає рішення проблеми.

Наукові питання – це дрібні наукові задачі, що відносяться до теми даної наукової роботи.

Вибір наукового напряму для кожного дослідника переважно визначається галуззю науки та специфікою його роботи, а також наявністю необхідних ресурсів.

Конкретизація напряму дослідження визначається результатом вивчення суспільних потреб та виробництва, а також стану досліджень у ймовірних напрямках і на даний час. Під час цього процесу можуть формуватися ідеї комплексного використання декількох наукових напрямків для вирішення актуальних  задач. Найсприятливіші умови для вирішення комплексних задач існують в університетах і політехнічних інститутах.

При виборі теми наукових досліджень на підставі аналізу внутрішніх суперечностей у вибраному науковому напрямі формулюється проблема та визначаються загальні обриси очікуваних результатів, пізніше розробляється структура проблеми, визначаються теми та наукові питання, їх актуальність та можливі виконавці.

Дуже важливо при формулюванні наукової проблеми уникнути помилки, що зв’язана з вибором теми (чи проблеми), яка вже розв’язана, але результати поки що невідомі для даного дослідника чи дослідницької групи.

Запобігти таким помилкам допоможе лише поглиблене вивчення спеціальної літератури у вибраному напрямі.

Інколи, коли виникає потреба інтенсивної розробки якоїсь проблеми, залучають декілька колективів, для роботи  на конкурентних засадах.

Після того, як сформульована наукова проблема, визначають теми досліджень. Вибір тем робиться на підставі їх актуальності і можливості отримати нові наукові результати. Окрім цього важливим фактором вибору теми є економічна доцільність та ефективність, яку обґрунтовують спеціальними розрахунками.

Інколи при розробці тем вимоги економічної ефективності поступаються перед їх значимістю для національного престижу.

7.2. Оцінка економічної ефективності теми (проекту)

7.2.1. Основні означення [1]

Основні означення тут розуміють у змісті [1] якщо не зазначене інше.

Проект. Цей термін використовують у двох смислах:

  •  як комплект документів, що формулює мету та алгоритм її досягнення;
  •  як комплекс дій (рішень, робіт, послуг, управлінських операцій і т.п.) скерованих на досягнення мети.   

В подальшому використовується саме друге розуміння.

Інвестиції – кошти ( грошові, цінні папери, майно, майнові права у грошовому еквіваленті), що вкладаються з метою реалізації проекту для отримання прибутку та іншого корисного ефекту.

Капіталовкладення – інвестиції в основний капітал (основні засоби виробництва), в т.ч. затрати на нове будівництво, розширення, реконструкцію, технічне переозброєння підприємства, придбання патентів та науково - дослідні роботи.

Інвестиційний проект (ІП) – обґрунтування економічної доцільності та строків реалізації капіталовкладень. В т.ч. необхідна проектна документація та бізнес – план.  ІП завжди зв’язаний з певним проектом, умови реалізації якого обґрунтовуються в ІП.  

Ефективність ІП – поняття, що відображає відповідність проекту, який породжує даний ІП, цілям та інтересам учасників проекту. Для оцінки ефективності ІП необхідно проаналізувати проект, що його породжує, протягом всього його життєвого циклу, від передпроектних робіт до припинення самого проекту. Тому термін „ефективність ІП” ідентичний  поняттю „ефективність проекту”.

Фінансова реалізованість проекту – забезпечення такої структури грошових потоків, при якій на кожному кроці розрахунків є достатня кількість грошей для реалізації завдань проекту.

Невизначеність проекту -  неповнота інформації про умови реалізації проекту , його затратах та результати, що можуть бути досягнуті.

Ризик -  невизначеність можливості виникнення в процесі реалізації проекту несприятливих ситуацій та наслідків.  

Інфляція – ріст цін протягом часу життя проекту. Характеризується індексом  середніх змін цін в країні та цін на окремі види товарів та послуг з моменту розробки проектних матеріалів. Інфляція володіє такими властивостями:

  •  зворотністю для будь якого моменту часу

                                                 ;  (7.1)

  •  транзитивністю

                      ,  (7.2)

GJ(0,t) – індекс інфляції за час t; 0, t1, …tn – послідовність моментів часу.

Приклад. Річний темп (рівень) інфляції 120%. Розрахувати середньомісячний темп інфляції такий, що за умов рівномірної протягом року інфляції дає вказаний річний темп.

Розв’язок.  Нехай  j  середньомісячний темп інфляції. Приймемо за початок відліку t0 (точка 0) початок першого місяця і т.д. Тоді індекс інфляції за k–й місяць буде GJ(tk-1,tk)= 1+j. Відповідно, за формулою (2), знаходимо

                    .

Звідси                 , цікаво, що   j ≠ 1.2/12 = 0.1 .

Поточні ціни – фіксовані ціни (без врахування інфляції), інакше їх ще називають сталими.

Прогнозовані ціни – ціни з врахуванням інфляції.

Процентна ставка – відносна (виражена у частинах позики) плата за користування позикою.

Кредитна ставка – відносна плата з банківський кредит.

Ставка рефінансування – відносна плата комерційних банків за грошові ресурси Центрального банку.

Депозитна ставка – відносна плата  банку за депозитний вклад.

Номінальна процентна ставка – процентна ставка, що об’являється кредитором. Вона містить дохід кредитора та враховує інфляцію.  

Реальна процентна ставка – це номінальна процентна ставка „очищена” від інфляції. Зв’язок між НПС та РПС дається формулою Фішера

                              , (7.3)

p0, pn – реальна та номінальна процентні ставки, і – темп інфляції, усереднений протягом проміжку часу нарахування процентів.

Ефект (проекту) – надлишок прибутку над затратами реалізації проекту за певний період часу.

Грошовий потік – алгебраїчна сума (сальдо) вхідних і вихідних грошових поступлень за розрахунковий m –й  крок проекту.

Накопичений ефект – сума грошових потоків за даний та всі попередні кроки проекту.

Дисконтування грошових потоків. Процедура зведення різночасних (інвестованих на різних кроках реалізації проекту) коштів до вартості у певний момент, який називають моментом зведення t0.

Норма дисконту – відносна зміна вартості інвестицій протягом кроку (переважно року) проекту. Норма дисконту є основним економічним нормативом, який залежить від багатьох факторів.

Коефіцієнт дисконтування – засіб приведення коштів до однієї вартості, розраховують за формулою на даний момент часу

                                            , (7.4)

Е – норма дисконту, tm – момент закінчення m – го кроку в роках.

7.2.2. Класифікація наукових проектів за їх ефективністю

За ефективністю (економічною, технічною, екологічною тощо) та схемою фінансування проекти можна поділити на три групи [2]:

  1.  Проекти, що здатні забезпечити позичальникам рівень доходу, достатній, щоб розрахуватися з інвесторами за курсом процентної ставки та мати прибуток. Основним джерелом фінансування таких проектів є власні кошти позичальника та інвестиції на загальних умовах.
  2.  Проекти, що мають загальногосподарське (у національному масштабі) значення, але не дають достатнього доходу їх виконавцям. Ті проекти, що є вигідними для економіки держави в цілому, але недостатньо привабливі для авторів і виконавців, повинні фінансуватися (повністю, або частково) з загальнодержавного або регіонального фондів енергозбереження.
  3.  Проекти, які не мають прямої комерційної вигоди, але результати їх розробки важливі для створення нових енергозберігаючих технологій та визначають напрямки майбутніх впроваджень. Такі проекти фінансуються з тих же джерел, що і в п.2, але, крім цього, вони можуть підтримуватися субсидіями з державного бюджету.

7.2.3. Порівняння фінансової ефективності проектів [3]

Фінансово прийнятними проектами є такі, що забезпечують позитивний накопичений ефект протягом часу життя проекту. Ця умова є достатньою, але не необхідною для фінансової реалізованості проекту. Порівняння інвестиційних проектів з метою вибору найкращого ґрунтується на таких показниках:

  •  чистий прибуток (ЧП);
  •  чистий дисконтований прибуток (ЧДП);
  •  внутрішня норма прибутковості (ВНПр);
  •  індекси прибутковості затрат та інвестицій (ІПЗ).

Чистим прибутком називають накопичений ефект (сальдо грошового потоку) за розрахунковий період 

                                                  ,  (7.5)

сумація стосується всіх кроків розрахункового періоду; Фm – грошовий потік (сальдо) для  m - го  кроку.

Величину ЧДП визначають як суму поточних дисконтованих ефектів за весь розрахунковий період, що приведена до початкового кроку, або як перевищення інтегральних дисконтованих  результатів над інтегральними витратами.

ЧДП за умови сталої норми дисконту Е, коли немає інфляції або коли розрахунок ведеться у базових цінах, обчислюється за формулою

                  ;  (7.6)

Rm – результати, які досягнені на m - му кроці розрахунків; Зm – витрати за цей же рік; Т – горизонт розрахунків (тривалість розрахункового періоду), він рівний кроку, на якому робиться закриття проекту; Фm = (Rm – Зm) – ефект, який досягають на m - му кроці; Е – постійна норма дисконту, рівна прийнятній для інвестора нормі прибутку на капітал.

Очевидно, що чим більші ЧП та ЧДП, або їх різниця, що називається дисконтом проекту, тим привабливішим є інвестиційний проект.

Часто для розрахунку ЧДП використовують спрощену формулу, у якій із затрат виключають капіталовкладення і через Зm* позначають витрати на m-му році з вилученням капіталовкладень, тоді [4]

                         ,  (7.7)

К – сума дисконтованих  капіталовкладень.

Модифікований ЧДП визначається різницею між сумою зведених ефектів і зведеною до того ж моменту часу величиною капіталовкладень К.

Індекс прибутковості проекту, рівний відношенню суми зведених ефектів до величини зведених капіталовкладень

                                  ,   (7.8)

при ЧДП 0, ІП 1 – тобто проект ефективний.

Внутрішня норма прибутку (ВНПр) визначається такою нормою дисконту Е0, при якій величина зведених ефектів рівна зведеним капіталовкладенням, тобто Е0 визначається з рівняння

                                          .  (7.9)

Якщо отримана норма прибутку Е0 рівна або більша від прийнятної для інвестора, то інвестиції для нього виправдані.

Загалом ті проекти для яких Е0 > E мають  додатній ЧДД, а навпаки - від’ємний. Отже фінансово ефективними є перші.

Дисконтований термін окупностімінімальний проміжок часу, після якого інтегральний(дисконтований) ефект стає позитивним.

Дисконтований термін окупності виступає як засіб оцінки часу життя проекту і лише зрідка як параметр відбору проектів.

7.2.4. Аналіз чутливості проекту до зовнішніх умов

Кожен інвестиційний проект необхідно досліджувати на його чутливість до впливу зовнішніх умов, зокрема: рівня інфляції, депозитних ставок, розмірів кредитних ставок та ін. Для оцінки цих впливів розроблені [5,6] процедури спрощеного розрахунку основних фінансових параметрів проекту, наприклад, часу окупності Т , який розраховують за співвідношенням

       ,      (7.10)

Т0 – період освоєння; К – розмір інвестицій у цінах базового періоду; , р0 – реальна річна процентна ставка, див.(3); Р – постійний номінальний річний прибуток.

Час окупності капіталовкладень з урахуванням дисконтування – це проміжок, на момент закінчення  якого інтегральний(дисконтований) ефект стає рівним нулю, тобто виконується співвідношення

                                   якщо р0 = const,                         (7.11)

                              , якщо р0  const.                       (7.12)

Роі – розрахунковий прибуток на і-й рік; , r – номінальна річна відсоткова ставка; in – річний коефіцієнт інфляції; m – порядковий номер року.

Розрахунковий прибуток Poi визначають за виразом

                                        ,                             (7.13) 

ОПоі – операційний прибуток (прибуток до виплати податків та відсотків за кредит); ПОДоі, Аоі – величини податків та амортизаційних відрахувань.

Прийнято, що інвестиційні цикли технологічних проектів становлять відповідно один -два роки, а термін окупності  два - п’ять років.

Часто кількісна оцінка економічної ефективності проектів неможлива. Особливо це стосується крупних, складних і багатоетапних тем. В такому випадку робиться якісна оцінка  радою експертів, що складається з 7 – 15 чоловік. Приймається до фінансування тема, що отримала найвищий рейтинг за оцінками всіх експертів.

7.3. Етапи науково-дослідної роботи

Науково-дослідна робота починається з формулювання теми, що робиться в результаті глибокого аналізу проблеми, у межах якої передбачається робота. Результатом цього знайомства з проблемою є техніко-економічне обґрунтування (ТЕО) теми. Цей документ є основою для планування робіт замовником та прийняття ним рішення щодо фінансування робіт.

Структура ТЕО:

1. Формулюються причини н/д роботи (обґрунтування необхідності робіт), дається короткий огляд науково-технічної інформації і описується рівень розробок на даний час.

2.  Перераховують ще не вирішені проблеми, вказується їх актуальність та значимість для галузі, регіону чи підприємства.

3. Вказуються результати патентного огляду і необхідність закупки ліцензій.

4. Перераховуються можливі канали впровадження результатів н/д роботи та оцінюється її очікувана економічна ефективність.

5. Підкреслюється соціальна значимість теми, кількість робочих місць, що можуть бути створеними, якість продукції, вплив на довкілля.

6. Формулюється висновок  про доцільність і необхідність роботи.

7. ТЕО затверджується галузевим міністерством чи керівництвом регіону, корпорації чи підприємства.

Після затвердження ТЕО конкретизуються задачі дослідження. Складають бібліографічний список н/т літератури, звітів робіт, що стосуються даної теми, складаються реферати та анотації з окремих питань теми, усвідомлюються явища, процеси та об’єкти, котрих стосується дослідження, вибираються методи досліджень (теоретичні, експериментальні).

Метою теоретичних досліджень є вивчення суті явища чи процесу. Розробляється його фізична модель, формулюється математична модель, виконуються числові експерименти і обговорюються їх попередні результати.

Експериментальні дослідження починаються з визначення їх задач, методик та розробки програм дослідів. Вибираються засоби вимірювань. Всі ці задачі вирішуються у відповідності з існуючими ДСТУ та інструкціями.

Методичні рішення, які стосуються експериментальних робіт формулюються у вигляді методичних вказівок на виконання експериментів.

Після розробки і затверження методичних вказівок складається робочий план експериментів, в якому вказується обсяг робіт, методи, техніка, трудоємкість, строки виконання і виконавці.

Після закінчення експериментальних і теоретичних робіт робиться загальний аналіз їх результатів, співставляються робочі гіпотези та результати дослідів. Уточнюються теоретичні моделі, при необхідності, виконуються додаткові дослідження. Формулюються наукові та технічні висновки, складають звіт про роботу.

Наступним етапом є впровадження розробок і визначення їх реальної економічної ефективності.

Впроваджуються результати фундаментальних і прикладних досліджень через роботи, що виконуються у дослідно-конструкторських бюро, проектних організаціях, дослідних заводах і майстернях.

Ці роботи оформляються як дослідно-технологічні чи дослідно-конструкторські. Етапи виконання цих робіт включають:

  •  формулювання теми; мету і задачі розробки; вивчення н/т літератури; підготовку до проектування дослідного зразка; технічне проектування; виготовлення окремих блоків і систем; погодження технічного проекту і його ТЕО.

Після цього виконують робочий проект; виготовляється дослідний зразок; виконується його налагодження і випробовування, доробка зразка (аналіз результатів випробувань, доробка окремих вузлів, їх заміна).

Успішне виконання всіх цих етапів дозволяє представити зразок для галузевих чи державних випробовувань, оформити сертифікат на виріб і дозвіл на серійний випуск.

7.4. Постановка задачі при створенні зразків нової техніки (нових технічних об’єктів)

Тут розглянемо процедуру постановки задачі, що стосується розробки зразків нової техніки на підставі прототипу.

Прототип - це відомий пристрій, який необхідно вдосконалити, вносячи зміни в його будову та функції.

Процес постановки творчої задачі – один з найважливіших етапів її розв’язку. На цьому етапі відкидаються безперспективні варіанти і тупикові напрямки пошуку. Часто розв’язок задачі знаходять на етапі її постановки. Тому на цьому етапі не слід економити час і відноситися до нього потрібно серйозно. Процедура постановки задачі ділиться на окремі операції.

7.4.1. Опис проблеми.

Ця операція полягає в дуже стислому формулюванні задачі. В ньому повинні бути відповіді на такі питання:

1.1. В чому полягає задача, які труднощі привели до неї, яка її історія?

1.2. Що слід зробити для усунення труднощів, яку потребу необхідно задовольнити?

1.3. Що заважає усуненню труднощів, чи досягненню мети?

1.4. Що дасть розв’язок задачі для конкретного замовника, підприємства, людей чи господарства України в цілому?

Приклад опису проблеми

1.1. При подачі питної води до міста необхідно контролювати її якість за 12-ма видами домішок  у іонно-молекулярному станах. До цих пір це роблять методами аналітичної хімії. Аналізи необхідно робити хоча б раз у день.

1.2. Необхідно забезпечити виконання аналізів 12-ти домішок з періодичністю не менше як 1 раз на зміну та з прийнятною похибкою ~ 5 %.

1.3. Існуючий штат лабораторії малий, не вистачає реактивів, низька точність аналітичних визначень, їх велика трудоємкість.   

1.4. Вирішення задачі дозволить контролювати якість питної води і забезпечити її прийнятну якість, тобто уникнути розвитку інфекційних хвороб чи отруєнь питною водою.

7.4.2. Опис функцій (призначення) технічного об’єкта (ТО)    

Включає коротку, але чітку характеристику технічних засобів, що використовуються в даному ТО і за допомогою яких можна досягнути мету (задовольнити потребу). Спочатку дають якісний, а пізніше кількісний опис функцій, що реалізуються новим ТО. Визначають мінімальний набір елементів, що необхідні для реалізації потрібних функцій. Досліджують, чи можливо поєднати декілька функцій у одному елементі?  Визначають, як це впливатиме на експлуатаційні характеристики ТО. Приклад опису подано у таблиці 7.1.    

Таблиця7.1

Назва ТО

                                    Опис  функцій

а) дія

б) об’єкт

в) умови

Аналізатор якості води

визначає концентрацію

домішки

у воді

визначає концентрацію

домішки в іонному та молекулярному станах

розчинені у воді, визначення з заданим періодом і похибкою, меншою за 5%  

7.4.3. Вибір прототипу і складання списку вимог

На цьому етапі вказують прототип (бажано мати не один, а 2 – 3), який необхідно удосконалити. За прототип вибирають існуючі зразки на рівні найкращих світових та подібні технічні рішення у провідному класі ТО. Провідний клас ТО в порівнянні з тим, що розглядають, повинен мати подібну (близьку) функцію і більш високий технічних рівень. Для нашого прикладу це може бути електронне приладобудування чи робототехніка.

Для вибору додаткових прототипів доцільно використовувати словники технічних функцій, МКВ (міжнародну класифікацію винаходів), патентні описи за останні 5 – 10 років, каталоги виставок і т.п.

Кількісний опис функцій ТО разом зі списком вимог є суттю технічного завдання на розробку нового покоління ТО.

7.4.4. Складання списку недоліків прототипу

Кожний ТО має недоліки, усунення яких забезпечує отримання удосконаленої моделі. При складанні списку недоліків слід виявити усі можливі недоліки прототипу, що можуть бути усуненими в новому виробі. Тобто необхідно вказати:

  •  критерії розвитку ТО;
  •  показники, що не відповідають сформульованій функції;
  •  фактори, що знижують ефективність або ускладнюють використання прототипу;
  •  показники, які бажано покращити.

Для кожного критерія, показника чи фактора слід дати кількісну характеристику з оцінкою близьких і далеких перспектив.

Отриманий список недоліків слід впорядкувати за ступенем їх важливості та необхідністю їх усунення і визначити найважливіші недоліки, усунення яких будемо вважати головною метою розв’язку задачі.  

Приклад

Виберемо як прототип аналізатора якості води прилад “Экотест – 110”, який розроблено в Росії. Цей прилад вимірює концентрацію іонів, що розчинені у воді, використовуючи іон-селективні електроди (ІСЕ). Кожен електрод почергово підключається до приладу – високоомного підсилювача і занурюються у воду з подальшим визначенням і індикацією концентрації. Похибка вимірювання ~ 15 – 20 %, чутливість – 10-5 – 10-7 М/дм3.

Список недоліків:

1. На даний час ще мало ІСЕ для визначення різнотипних іонів, крім цього існуючі ІСЕ мають невисоку селективність і чутливість.

2. Велика похибка вимірювання, недостатня чутливість, для деяких іонів нижча від ГДК, чутливість показів до коливань температури.

3. Вимірювання виконуються почерговим підключенням ІСЕ, відсутнє внутрішнє калібрування приладу, немає системи автоматизованого запису даних, самоконтролю електродів, термостатування, відсутній блок паралельного (одночасного) вимірювання параметрів.

4. Потрібно ввести корекцію показів щодо заважаючих іонів, підвищити чутливість датчиків і системи датчиків, знизити похибку вимірювання, зробити вимірювання програмно керованим на базі мікропроцесора або ПЕОМ.

7.4.5. Попереднє формулювання задачі

Коротко узагальнюються результати роботи за п. 1 – 4. При цьому висновки формулюються з двох частин: “Дано” і “Необхідно”.

“Дано”:

а) якісний та кількісний опис функцій ТО і обмежень, що накладаються на реалізацію функцій;

б) перелік і опис можливих прототипів і список вимог до них;

в) списки недоліків прототипів.

“Необхідно”:

у процесі розв’язку задачі змінити прототип таким чином, щоб новий ТО реалізував необхідну нам функцію і не мав (або мав якомога менше) недоліків властивих прототипу.

7.4.6. Аналіз функцій прототипу і побудова його удосконаленої конструктивно-функціональної структури

Будують конструктивну функціональну схему прототипу і роблять її корекцію. Для цього необхідно дати відповідь на такі питання:

6.1. Які нові функціональні елементи можна ввести в схему прототипу з метою усунення недоліків?

6.2. Які елементи прототипу необхідно усунути щоб підвищити його ефективність і знизити вплив на довкілля?

6.3. Які елементи доцільно виключити шляхом передачі їх функцій іншим?

6.4. Для яких елементів, що виконують декілька функцій, доцільно розділити функції шляхом введення нових елементів?

7.4.7. Аналіз функцій системи, у яку включено ТО,  що удосконалюється

Майже завжди даний ТО можна розглядати як елемент більш складної технічної системи. Щоб проаналізувати роль ТО необхідно:

7.1. Визначити технічну систему, до складу якої входить даний ТО.

7.2. Описати функції елементів, що входять у склад цієї системи і побудувати її конструктивно-функціональну схему.

7.3. Вияснити чи можна задовольнити функції системи шляхом передачі функцій ТО іншим елементам, частково змінивши їх?

7.4. Сформулювати аналогічно до п.5 задачу внесення змін у суміжні елементи системи і виконати техніко-економічне порівняння початкової постановки задачі і позицій п.7. Якщо остання ефективніша, то проаналізувати її за схемою пп. 1 – 6.

7.4.8. Визначення причин недоліків ТО

Необхідно співставити кожен недолік ТО (див. п.4) та його причину і попробувати відповісти на питання:

чи можна усунути недолік, виключивши його причину?

7.4.9. Визначення суперечностей розвитку та їх аналіз

Слід розуміти, що покращення одних показників ТО може погіршити інші. Тому при виявленні і аналізі суперечностей розвитку ТО необхідно виконувати такі процедури:

9.1. З переліку недоліків прототипу (п.4) виберіть ті, що пов’язані з покращенням кількісних показників і в першу чергу відносяться до критеріїв розвитку ТО.   

9.2. Якщо розглядатимете кожен такий показник, то постарайтеся відповісти на такі питання:

  •  який показник суттєво погіршується при покращенні даного?
  •  які фактори (константи, стандарти, інші вимоги) обмежують покращення показника?

9.3. Побудуйте якісний або кількісний графік залежності показника, що покращується. При виконанні п. 9.3 рекомендується використовувати програми математичного моделювання ТО.

7.4.10. Уточнення списку прототипів і формулювання ідеального технічного рішення (ІТР) 

Виконання вимог пп. 4,8 та 9 щодо аналізу недоліків прототипу та співвідношення функцій прототипу та системи , в яку він включений, значно розширюють нашу уяву про задачу модернізації  ТО і поглиблюють вимоги до прототипу. Тому корисно ще раз повернутися до вибору прототипу на підставі операцій пп. 3, 6, та 7, або сформулювати поняття ідеального технічного рішення (ІТР) як мети, до якої слід наближати реальні ТО.

 Будемо вважати технічне рішення ідеальним, якщо воно має одну або декілька  наступних властивостей:

10.1. В ІТР розміри ТО наближаються до розмірів об’єкта на який скерована дія ТО, а маса ІТР набагато менша від маси об’єкта впливу.

10.2. ІТР маса і розміри ТО чи його основних функціональних елементів наближається до нуля.

10.3. В ІТР час обробки (дії) ТО прямує до нуля.

10.4. В ІТР К.К.Д. наближається до одиниці.

10.5. В ІТР всі елементи функціональні на 100 %.

10.6. ТО, який є результатом ІТР, працює безконечно довго без відмов і зупинки.

10.7. ТО, що отриманий в результаті ІТР, функціонує без людини або за її мінімальної участі.10.8. ТО, що є результатом ІТР, ніяк не впливає на природне середовище, в т.ч. і на людей.

При формуванні ІТР, ні в якому разі не думайте, як ви будете його реалізовувати. Особливу увагу зверніть на фізичні принципи дії ІТР, його основні показники, в т.ч. зовнішній вигляд.

Користь з використання ІТР полягає в мобілізації інтуїції винахідника в потрібному напрямі, забезпеченні більш цілеспрямованої роботи уяви.

7.4.11. Покращення другорядних показників ТО

При створенні нової моделі ТО намагаються усунути не лише головні недоліки (див. п.4), але й покращити характеристики ТО комплексно, за всіма показниками. Тому стосовно прототипів, що вибрані у відповідності з п.10, бажано зробити додатковий аналіз, впродовж якого відповісти на питання:

  •  які ще недоліки можна усунути в прототипі?
  •  які показники додатково можна покращити і на скільки?

Відповідаючи на ці питання, слід керуватися вказівками пп. 6, 7 та 8, 9. Окрім цього слід використовувати об’єктно орієнтовані переліки критеріїв розвитку ТО, списки параметрів ТО і вимоги до ТО.

7.4.12. Уточнення постановки задачі   

Ця процедура виконується згідно рекомендацій п.5. При цьому вихідні дані повинні включати:

  •  якісний та кількісний опис функцій ТО;
  •  перелік і короткий опис прототипів, до яких можна також включити удосконалені функціональні структури та ІТР, а також переліки основних вимог до прототипів;
  •  переліки головних недоліків прототипів з конкретизацією неочевидних причин їх виникнення;
  •  переліки додаткових (другорядних) недоліків і показників, які бажано покращити;
  •  формулювання суперечностей розвитку прототипів.

Мета цієї процедури – максимально передбачити у новому ТО тенденції розвитку   даного типу ТО і створити ТО з якомога більшим  часом життя.

7. 5. Висновки

1. Будь-яке наукове дослідження починається з вибору предмету і об’єкта дослідження.

2. Наукові дослідження класифікують за:

  •   метою дослідження;
  •   джерелами фінансування;
  •  економічною ефективністю;
  •   строками виконання.

3. Існує ієрархія організації наукових досліджень:

комплексна проблема  проблема  тема наукової роботи  питання.

4. Вибір напряму наукового дослідження мотивується актуальністю проблеми, інтересами та технічним забезпеченням дослідного колективу, техніко-економічною ефективністю результатів роботи.

5. Початковим етапом НД та ДКР є формулювання теми (задачі) та її техніко-економічне обґрунтування.

6. Кінцевою метою НД та ДКР є створення нових знань і впровадження їх у виробництво, організацію суспільства, охорону довкілля.  

7. Процес створення зразків нової техніки, технічних об’єктів починається з постановки задачі на їх розробку. Процедура формулювання постановки задачі може бути розділена на 12 етапів, що націлені на виявлення основних недоліків прототипів, їх причин і визначення можливих шляхів їх усунення.

8. Основна мета раціональної організації процесу формування постановки НД та винахідницьких задач полягає в економії ресурсів як людських, так і матеріальних, досягненні максимальної ефективності творчого потенціалу дослідників. Будь-які формальні схеми дослідницької роботи не слід вважати досконалими і остаточними. Їх ідеї та елементи організації потрібно використовувати для формування та вдосконалення своїх методів дослідницької роботи.   

7.6. Питання для самоконтролю

1. Що є об’єктом та предметом  н/т дослідження? Як класифікують н/т дослідження?

2. На підставі яких міркувань вибирають напрям науково – дослідної роботи?

3. Сформулюєте більше п’яти означень основних понять, що використовуються при оцінці економічної ефективності проекту.

4. Що таке коефіцієнт дисконтування? Як маючи його дисконтувати поточний ефект проекту?

5. Як класифікують наукові проекти за їх ефективністю та значимістю?

6. Які поняття використовують для кількісної характеристики фінансової ефективності проектів? Дайте їх означення і поясніть зміст.

7. Перерахуйте і поясніть зміст основних етапів н/д роботи. Опишіть структуру ТЕО.

8. Яка структура процедури створення зразків нової техніки? Що таке прототип ?

9. З якою метою аналізують функції системи у яку включено ТО, що розробляється?  

10. Що таке і який смисл у формулюванні ідеального технічного рішення? Чи можна і чи потрібно реалізовувати ІТР?

7.7. Література

1. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (вторая редакция). - Москва: Экономика, 2000. – 422 с.

2. Башмаков И.А. Финансовый и экономический анализ проектов по повышению эффективности использования энергии. – Москва: ЦЭНЭФ, 1993. – 100с.

3. Николаев В. Инвестиционное планирование и проектное управление // Финансовая Украина. – 1996. № 34.

4.  Варварский В.С., Жуков М.А., Красовский Б.М. Упрощенная методика технико – экономического расчета  обоснованности мероприятий по энергосбережению в рыночных условиях // Пром. энергетика. – 1995. № 2. – С. 2 – 3.

5. Лекомцев Ю.Г. Методические особенности анализа рентабельности инвестиций в энергетику // Пром. энергетика. – 1996. - № 12. – С. 2 – 4.

6. Лекомцев Ю.Г., Клюев Ю.Б., Белоусов В.С. Критерии быстрой оценки эффективности инвестиционных проэктов в энергетике с учетом инфляции // Пром. энергетика. – 1996. - № 6.- С. 2 – 4.    


8. Моделювання у науково-технічних дослідженнях

Моделювання – опосередкований метод наукових досліджень об’єктів (оригіналів), безпосереднє вивчення яких неможливе або недоцільне. Процес моделювання включає такі основні етапи:

  •  постановку проблеми;
  •  вибір (побудову) моделі;
  •  дослідження моделі;
  •  екстраполяцію одержаних результатів на оригінал.

При моделюванні завжди потрібно вибрати певні співвідношення, які дозволяють сформулювати умови переходу від моделі до оригіналу. Такі співвідношення називаються масштабами моделювання. Крім масштабних перетворень важливо знати умови, за яких модель адекватно представляє оригінал. Ці умови формулюються у вигляді критеріїв подібності.

8.1. Види подібностей. Теореми подібностей

Подібність явищ характеризується відповідністю (пропорційністю) величин моделі та оригіналу, що задіяні у досліджуваних явищах. Подібність може бути :

Повна подібність – подібність всіх процесів, що протікають у часі і просторі, які суттєві для явища, що вивчається.

Неповна подібність – виражається відповідністю процесів за їх зміною лише або у часі, або у просторі.

Приблизна подібність – може мати місце лише за деяких умов, які спрощують ситуацію, але вплив яких можна попередньо врахувати кількісно.

За суттю відповідності фізичної природи оригінала і моделі моделювання може бути:

  •  фізичним, у цьому випадку оригінал і модель відрізняються лише масштабами;
  •  аналоговим, фізична природа оригіналу і моделі різна, але параметри, що описують явища в оригіналі і моделі зв’язані одними математичними співвідношеннями і між ними існує однозначна відповідність;
  •  математичним, у цьому випадку фізичному оригіналу відповідають математичні конструкції (оператори), див. тему 9.

Всі види подібностей підкоряються загальним правилам, що сформульовані у вигляді теорем подібностей.

Перша теорема подібності

У явищах, що подібні у певному розумінні, завжди можна знайти сполуки(комбінації) параметрів, які називаються критеріями подібності, що мають однакові значення як для оригіналу, так і для моделі.

Справедливо і зворотнє: якщо критерії подібності мають однакове значення, то явища подібні.

Критерії подібності для механічних, електричних і теплових явищ подані у таблицях 8.1 – 8.3.

Таблиця 8.1

Критерії подібності механічних і гідравлічних явищ

№ пп

Критерій

Формульний вираз

1

Ньютона

2

Гомохронності, характеризує

однорідність процесів в часі

3

Фруда

4

Ейлера

5

Рейнольдса

6

Архімеда, характеризує процеси

руху рідини при її різній густині

7

Закони подібності гідротурбіни

t – час; M – маса; l – геометричний розмір; V – швидкість; g – прискорення

вільного падіння; р – тиск; – густина;  – в’язкість; – коефіцієнт кінематичної в’язкості; Р – потужність турбіни; D – діаметр; Н – напір; Ммех – механічний момент.

Таблиця 8.2

Критерії подібності електричних явищ

№ пп

Критерій

Формульний вираз

1

Подібності електромагнітних явищ

2

Гомохронності

[Ho] = t = idem

3

Подібності процесів при нелінійних магнітних матеріалах (ідентичність відносних характеристик)

4

Подібності ланцюгів

5

Подібність ланцюгів з взаємоіндукцією при однаковому масштабі струмів у взаємозв’язаних ланцюгах

6

Електродинамічна подібність

7

Подібність ланцюгів з взаємоіндукцією при різному масштабі струмів у взаємозв’язаних ланцюгах

- коефіцієнт магнітної проникності; - питома провідність середовища;

l – геометричний розмір; t – час; - діелектрична стала; - кутова швидкість;

f – частота; Нк – напруженість подя в точці “к”; L – індуктивність ланцюга;

R – омічний опір; С – ємність; G – провідність на одиницю довжини

електричної лінії; М – взаємоіндукція; Т – постійна часу.

Таблиця 8.3

Критерії подібності електричних явищ

№ пп

Критерій

Формульний вираз

1

Додаткові умови подібності систем з розподіленими параметрами

R0 G0 l2 = idem

2

Наближеної електромагнітної і

електродинамічної подібності

Т1 = Т2 = idem

3

Намагнічування феромагнітних тіл

4

Електромагнітної подібності

рухомого середовища

Таблиця 8.4

Критерії подібності теплових явищ

№ пп

Критерій

Формульний вираз

1

Фур’є

,    де  - коефіцієнт температурної провідності; - коефіцієнт теплопровідності; Cp - коефіцієнт теплоємності;   - питома вага.

2

Пекле (для рухомої рідини із

заданим тепловим станом)

3

Нуссельта

4

Кірпічова

R - коефіцієнт теплопередачі

5

Прандтля

Друга теорема подібності   

Будь-яке рівняння фізичного процесу, яке записане у заданій системі одиниць, може бути представлене у вигляді залежності між безрозмірними сполуками параметрів цього рівняння.

Тобто, ця теорема, вказує на можливість заміни змінних у рівнянні (часом зі зменшенням їх числа) і перетворення рівняння у критеріальне, яке часто простіше від початкового.  

Але найголовніше те, що рівняння процесу у критеріальній формі дозволяє результати вивчення конкретного процесу поширювати на ряд подібних.

Приклад

Розглянемо усталену фільтрацію – процес розділення двофазного середовища, наприклад, твердої фази в рідині, при протіканні через пористе середовище. Концентрацію твердої фази в рідині позначимо через С(х, t), а фази осаду на пористому середовищі .

Математичні рівняння, які відображають цей процес (у певному наближенні) для руху вздовж осі 0Х такі:

                  (8.1)

V – швидкість фільтрування; a, – параметр захоплення; b -  відриву твердої фази пористим середовищем.

Приймемо, що довжина фільтруючого шару  L , а час фільтрації  T. Тоді система рівнянь у критеріальній формі матиме вигляд:  

   (8.2)

Система (8.2), що записана у критеріальній формі значно простіша від (8.1) і стосується цілого класу явищ з такою ж динамікою, наприклад, фільтрування на скорих піщаних, магнітних, іонообмінних фільтрах. Використовуючи результати отримані у п. 9.4.4,  можна записати ітераційну процедуру для знаходження розв’язків (8.2).  Справді, підставимо друге рівняння (2) в перше, тоді:

                                           (8.3)

Система (8.3) еквівалентна такому інтегральному рівнянню за умови, що :

                                         (8.4)

З (8.4) отримуємо перші наближення до розв’язків C(x, t) та (x, t). Для цього приймемо як нульове наближення для C (0) (x, t) = C(x, 0) = C0 , тоді :

   (8.5)

Вирази (8.5) добре описують процес фільтрування протягом майже всього технічного фільтроциклу. Причому, вони описують процеси освітлення суспензій на швидких фільтрах, сепарацію магнітних домішок та іонний обмін, а також цілий ряд інших процесів (наприклад, хімічну реакцію в потоці рідини), рівняння яких у критеріальній формі співпадають з (8.2).

Третя теорема подібності

Необхідними і достатніми умовами подібності явищ є пропорціональність між параметрами, які вважаються подібними, і які входять в умови однозначності, а також рівність критеріїв подібності моделі та оригіналу.

Крім названих трьох теорем подібності існує ще декілька правил, які допомагають уникнути помилок при моделюванні.

Правило 1

Подібність складних систем, які складаються з декількох підсистем, що відповідно, подібні між собою зокрема, забезпечується подібністю елементів, що є загальними для всіх підсистем. Звідси наслідок:  подібність між системами зберігається і після однакових перетворень обох систем.

Правило 2

Всі теореми і умови подібності, що справедливі для систем різної складності, можуть бути поширені на нелінійні системи або на системи зі змінними параметрами, якщо виконуються умови співпадання відносних величин, схожих параметрів, що є нелінійними або змінними.

Правило 3

Умови подібності, що справедливі для однорідних і ізотропних систем, у яких фізичні властивості однакові у всьому просторі, можуть бути поширеними на анізотропні середовища, якщо анізотропність в оригіналі і моделі однакова.

Правило 4

Для геометрично різних систем, але між якими є нелінійна відповідність просторових точок, процеси можуть бути фізично подібними, якщо у схожих точках простору є така ж відповідність між параметрами процесу.

Правило 5

Всі умови подібності, що сформульовані для детермінованих систем, справедливі і для стохастичних за умови співпадання в цих системах густин ймовірностей схожих параметрів у відносних одиницях. При цьому дисперсії і математичні очікування всіх параметрів для подібних систем повинні бути однаковими.

Необхідна також схожість кореляцій параметрів, через які формуються умови однозначності.

8.2. Організація експерименту у критеріальній формі

При організації багатофакторних експериментів, особливо зв’язаних з визначенням сукупності значень змінних параметрів, при яких цільова функція екстремальна, дуже ефективним є формулювання цієї функції у критеріальній формі. Маючи цільову функцію у критеріальній формі, методами планування експерименту можна ефективно (з найменшими затратами) і малою кількістю дослідів визначити екстремум за умов високої статистичної надійності.

Продемонструємо сказане на прикладі,      рис. 8.1.

Розглянемо електричне коло з активним опором R, індуктивністю L, ємністю С та джерелом постійної напруги U.

Необхідно оцінити вплив варіацій параметрів R, L, C, при заданому U, на значення максимальної сили струму в колі, тобто знайти варіації

Критерії подібності знаходимо, конструюючи з цих величин безрозмірні комплекси    

         (8.6)                                                                                               

З врахуванням цього, шукана залежність у критеріальній формі така

                                                                                           (8.7)

причому                                                                       (8.8)

Підставивши (8.8) у (8.7) для заданого U отримуємо критеріальну залежність:                           

                                                    (8.9)

тобто критерій  ,  максимум якого слід знати (маючи на увазі, що π1 пропорційне до і), залежить лише від двох інших критеріїв , , а не від чотирьох змінних, як у випадку пошуку екстремуму для сили струму, якщо задачу формулювати  у звичайних розмірних одиницях:

                                          

8.3. Фізична подібність і моделювання

Фізичне моделювання може бути реалізоване двома способами:

1. Шляхом натурного виробничого експерименту, коли вимірювання даних і їх аналіз виконується на діючій заводській установці без внесення в неї будь-яких змін. Таке моделювання доцільно робити лише за умов, коли воно є дешевшим і не менш інформативним ніж на спеціальних стендах.

2. На спеціальних стендах.

Розглянемо другий шлях модельних досліджень. Для будь-якої моделі (фізичної), чітко формулюється коло задач, що будуть вирішуватися за допомогою неї. Це дозволяє виявити ті частини системи, які повинні на моделі відтворюватися з максимальною правдоподібністю і точністю, які вимагає теорія подібності (умови забезпечення однакових значень критеріїв), дивись теореми подібності.

Щоб забезпечити цю вимогу визначають найсуттєвіші для досліджуваного процесу критерії подібності та визначають границі їх зміни на моделі і в оригіналі. На підставі цих границь зміни критеріїв, визначають масштаби моделювання окремих блоків моделі. Лише після того, як окремі вузли моделі можуть працювати у необхідних діапазонах зміни критеріїв подібності, збирають модель, для виконання необхідних досліджень. Бажано ці дослідження виконувати за спеціально розробленими планами, які дають максимальну якість  інформації при мінімальних затратах.

8.4. Імітаційне моделювання

Імітаційне (або цифрове) моделювання включає математичне моделювання і „прогонку” відповідних моделей на ЕОМ. Імітаційне моделювання грунтується на математичній моделі явища чи процесу, яка складається з набору узгоджених між собою математичних моделей окремих блоків, що представляють елементи технологічного процесу. Математична модель складається з множини вхідних параметрів, обмежень на значення параметрів та системи математичних співвідношень між вхідними та шуканими параметрами, див. тему 9. Вплив випадкових факторів моделюється генератором псевдовипадкових чисел  з  заданими функціями розподілу. Отримані вихідні параметри  порівнюються з даними отриманими на фізичних моделях, чи на натурі. При необхідності модифікуються параметри модельної системи чи її математичні  блоки. Результати імітаційного моделювання формуються у вигляді таблиць, графіків, малюнків чи  відеофрагментів.

Досвід роботи з імітаційними моделями показує, що ця робота має динамічний ітеративний характер, що виявляється в необхідності багатократних прогонок моделі, уточнення постановки задачі, корекції вхідних та внутрішніх параметрів моделі і математичних блоків задачі. Імітаційне моделювання не можливе без різносторонньої та ґрунтовної інформації про реальні особливості фізичного процесу і таким чином воно сприяє глибшому розумінню явищ, що моделюються. Переважно імітаційні експерименти неможливо повторити в натурі і в тому є їх основна привабливість.

Важливим застосуванням імітаційних моделей є не лише науково - технологічні та конструкторські задачі, їх можна також  використовувати як засіб професіональної підготовки  спеціалістів різного профілю, в т.ч. для засвоєння навичок методів планування експериментів та статистичної обробки даних.

Прикладом загальновідомих імітаційних експериментів, що мають глобальне значення є імітаційні  дослідження „ядерної зими” та моделювання ядерних вибухів, що привело політичний істеблішмент до розуміння необхідності контролю над гонкою ядерних озброєнь та дозволило відмовитися від небезпечних для людства натурних випробовувань ядерної зброї.

На даний час імітаційні експерименти використовуються у фізиці, техніці, біології та медицині. Відоме застосування імітаційних досліджень в соціології, економіці, менеджменті, військовій справі та політології.

Проте найвідомішим для загальної публіки прикладом імітаційного моделювання є комп’ютерні ігри в яких спеціальними програмними засобами в інтерактивному режимі моделюються довільні динамічні ситуації.

Для імітаційного моделювання доступні будь – які задачі, що допускають певний рівень формалізації основних понять та  відношень між  цими поняттями, що представляють об’єкти задачі.   

8.5. Висновки

1.  Процес моделювання включає такі основні етапи:

  •  постановку проблеми;
  •  вибір (побудову) моделі;
  •  дослідження моделі;
  •  екстраполяцію одержаних результатів на оригінал.

2.  Подібність може бути такою:

Повна подібність – подібність всіх процесів, що протікають у часі і просторі, які суттєві для явища, яке вивчається.

Неповна подібність – виражається відповідністю процесів за їх зміною лише або в часі, або в просторі.

Приблизна подібність – може мати місце лише за деяких умов, які спрощують ситуацію, але вплив яких можна попередньо врахувати кількісно.

3. Найчастіше використовується фізичне моделювання. Воно може бути реалізоване двома способами:

3.1. Шляхом натурного виробничого експерименту, коли вимірювання даних виконується на діючій заводській установці без внесення в неї будь-яких змін.

3.2. На спеціальних стендах.

4. Імітаційне (або цифрове) моделювання. Імітаційне моделювання грунтується на математичній моделі явища чи процесу, яка складається з набору узгоджених між собою математичних моделей окремих блоків, що представляють елементи технологічного процесу і на чисельних розв’язках відповідних математичних блоків при заданій множині вхідних та внутрішніх параметрів математичної моделі.

8.6. Питання для самоконтролю

1. Перелічіть та поясніть основні етапи моделювання.

2. Види подібностей.  Опишіть та дайте приклади з вашого досвіду.

3. Сформулюйте і поясніть теореми подібностей. Запишіть критерії подібності  для механічних та гідравлічних явищ. Поясніть, наприклад, зміст критерія Ейлера.

4. Запишіть критерії подібності  для електричних явищ. Поясніть, наприклад, зміст критерія подібності ланцюгів.

5. Запишіть критерії подібності для теплових явищ. Поясніть зміст критеріїв Пекле та Нуссельта.

6. Виконайте імітаційний експеримент на підставі критеріальної моделі фільтрування. Дослідіть залежність вихідної концентрації від вхідної та від початкового стану фільтра (повністю і частково  відрегенерований). Визначте  залежність фільтроциклу від стану регенерації фільтра.

7. Дослідіть залежність максимальної сили струму в колі на рис.1 від варіацій параметрів кола в критеріальній формі на підставі рівняння (9). Побудуйте поверхню відгуку для вибраної вами  області варіацій критеріїв π1 та π2.

8. Поясніть принципи фізичного моделювання. Які бувають види фізичного моделювання?

9. В чому суть імітаційного моделювання? Що спільного між віртуальним (уявним) експериментом, див. тему 9, та імітаційним моделюванням?

10. Вкажіть найцікавіші та найпоширеніші приклади імітаційного моделювання. Чи існують принципові межі для імітаційного моделювання? Що обмежує можливості імітаційного моделювання?


9. Теоретичні методи дослідження   

Теоретичні методи дослідження полягають у аналізі фізичної суті процесів та явищ, формуванні робочої гіпотези, розробці (побудові) фізичної моделі явища чи процесу, побудові математичної моделі і симуляційному експерименті. Якщо не можлива формалізація моделі до математичного рівня, то використовується словесна форма гіпотез, таблиці, графіки, схеми і діаграми – тобто все, що може виразити хоча б якісні відношення між суттєвими факторами задачі.

З логіко-психологічної точки зору задача – це інформаційна система, яка складається з неузгоджених, суперечливих між собою інформаційних підсистем, відношення між якими вимагають перетворень цих підсистем з метою усунення протиріч.   

Структурно будь-яка задача включає підсистему умов і вимог.

Умови – це частина інформаційної системи, що є підставою для дій (перетворень) щодо вирішення суперечностей.

Вимоги – це підсистема, в якій формулюється мета, досягнення якої забезпечується усуненням суперечностей між основними підсистемами.

Вимоги і умови можуть бути вихідними, залученими і шуканими.

Вихідні умови – формулюються у первісному вигляді задачі (початкові дані). Якщо цих умов замало для розв’язку, то дослідник вимушений залучати нові дані, їх називають залученими.

Шукані дані або шукані умови – це залучені умови, які визначають у процесі розв’язку задачі.

Підсистеми умов і вимог взаємно суперечливі. У процесі розв’язку відбувається неоднократне зіткнення цих основних суперечностей. Їх усунення означає розв’язок задачі.

9.1. Стадії розв’язку теоретичних задач

Процес теоретичних досліджень (розв’язку теоретичних задач) складається з кількох стадій.

Оперативна стадія – починається з аналізу можливості розв’язку задачі, а також з пошуку відповідей на питання:

  •  як розв’язують подібні задачі в інших випадках?
  •  як розв’язуються задачі обернені до даної?
  •  як такого типу задачі розв’язує природа (пошук природних аналогів)?

Синтетична стадія. На цій стадії виявляють вплив змін одних частин системи на інші, визначаються необхідні зміни других об’єктів, що функціонують разом з даним, оцінюється можливість використання зміненого об’єкта за новим призначенням, а знайденої ідеї для розв’язку інших задач. Перші дві стадії підготовчі для реалізації третьої.

Постановки задачі. У процесі роботи, на цій стадії, формулюється кінцева мета, виявляється можливість її досягнення “обхідними” шляхами, визначається найефективніший шлях вирішення задачі і визначаються потрібні кількісні показники. При необхідності уточнюються вимоги щодо умов практичної реалізації результатів розв’язку задачі.

Аналітична стадія включає означення ідеального кінцевого результату (ІКР), який формулюється як відповідь на питання:

  •  Який результат бажано (що хочемо) отримати в найсприятливішому випадку щодо розв’язку задачі?

На цій стадії виявляють перешкоди, які заважають отриманню ІКР, виясняють, при яких умовах перешкоди можуть зникнути. Потрібно мати на увазі, що перетворення початково неоформленої, нечіткої думки про суть задачі у чітко сформульовану (переформулювання) набагато полегшує розв’язок задачі.

Розв’язок теоретичних задач за звичай має творчий характер в тому розумінні, що евристичні рішення є фактично розривом у ланцюжку звичних уявлень про задачу і поглядом на неї ніби під іншим кутом зору, “зі сторони”. Такого типу “відкриття” бувають тим частіше, чим глибше працівники розуміють суть задачі, чим напруженіше вони над нею працюють.

Стадія розв’язку задачі. Тут основними є логічні методи, правила і процедури формальних перетворень, критерії внутрішньої несуперечливості, незалежності умов, правильно сформульованої системи аксіом, гіпотез чи обмежень, що випливають із загальних фізичних чи математичних законів. Дуже важливою на цій стадії є додаткова емпірична інформація, чи така, що залучена з інших галузей знань.  

Структурна схема процесу розв’язання теоретичної задачі показана на рис.1. Реальний процес може відрізнятися змішаним станом стадій та процедур, перескакуванням через послідовні етапи, ітераційним характером окремих процедур.

Стадія аналізу розв’язків. Також важлива для теоретичних задач, оскільки передбачає перевірку відповідності розв’язків умовам задачі і вияснення чи не є ці розв’язки результатом залучених умов, які суперечать початковим, чи в процесі розв’язку задачі не відбулося неявне переформулювання мети.

9.2. Загальні правила побудови математичних моделей

Переважно при теоретичних дослідженнях намагаються створити математичну модель явища, процесу чи технічного об’єкта.

Математична модель об’єкта дослідження – це система математичних співвідношень (формул, рівнянь чи систем рівнянь), які описують основні елементи та їх взаємодію в об’єкті.   

Першим етапом створення математичної моделі є постановка адекватної математичної задачі, визначення об’єкта і мети моделювання, а також факторів, які вивчаються і способів керування ними. На цьому етапі важливо виокремити об’єкт з оточення, визначити його границі, тобто визначити області значень основних факторів (змінних).   

Другим етапом математичного моделювання є вибір типу математичної моделі. Тут важливо мати попередню інформацію про об’єкт, а саме вияснити в пошукових дослідах характер об’єкта, його лінійність чи нелінійність, динамічність чи статичність, детермінований чи стохастичний (імовірнісний) характер.

Лінійність моделі визначають за статичною характеристикою об’єкта. Під цим терміном розуміють зв’язок між величиною вхідного сигналу і максимальною величиною реакції об’єкта на вхідний сигнал (вихідною характеристикою). Вихідна характеристика - це зміна вихідного сигналу системи в часі, як функція вхідного сигналу. Якщо статична характеристика лінійна, то такі об’єкти моделюють лінійною функцією, тобто подають зв’язок між множиною вхідних сигналів  та вихідними сигналами  у вигляді:

                                                . (9.1)

Лінійність статичної характеристики означає, що для об’єкта справедливий принцип суперпозиції. Тобто вихідна характеристика на декілька вхідних сигналів будується так:

                                                  . (9.2)

Нелінійність статичної характеристики, а також ефект запізнення в ній свідчать про нелінійність об’єкта.

Динамічність чи статичність об’єкта визначають за поведінкою його показників протягом часу. Для детермінованих систем говорять про статичність, коли середня величина вихідного сигналу впродовж різних відрізків часу залишається сталою (в межах прийнятої похибки вимірювання). Для стохастичних систем статичність визначається за поведінкою її статистичних характеристик.

Важливо пам’ятати, що система визначена як статична на малих проміжках часу залишається статичною і при збільшенні їх тривалості. Але, навпаки, статичність визначена на великих проміжках часу не завжди забезпечується для малих.

Для стохастичних систем важливим є поняття стаціонарності. Критерієм стаціонарності є поведінка в часі параметрів функцій розподілу стохастичних систем.  Переважно аналізують поведінку в часі математичного очікування випадкової величини і її дисперсії.

Якщо для вибірки математичних очікувань в різні моменти часу   має місце співвідношення:

                           (9.3)

- похибка визначення , а також:

                                                , (9.4)

            (9.5)

то об’єкт стаціонарний. При порушенні умови (9.3) або (9.4) його слід вважати нестаціонарним.

Після визначення загальних характеристик об’єкта (статичність, лінійність, стаціонарність) переходять до вибору математичного апарату, яким представлятиметься модель об’єкта. Приклади схем вибору подано на рис.9.3.

Аналіз даних пошукових досліджень дозволяє визначитися з характером поведінки об’єкта в часі. Якщо об’єкт характеризується факторами, які змінюються неперервно в часі, то його слід описувати неперервними функціями і диференціальними рівняннями.

Якщо параметри стану об’єкта дискретні, то для нього слід використати методи теорії автоматів, матричні та операторний методи аналізу.  

Для неперервних у часі динамічних об’єктів математичні моделі формулюються у класі диференціальних чи інтегродиференціальних рівнянь. Для об’єктів, зміна яких відбувається лише у часі, використовують звичайні диференціальні рівняння, а для об’єктів, дія яких розгортається у часі і просторі (не обов’язково фізичному) – рівняння у часткових похідних.

Спосіб формулювання моделі у класі диференціальних рівнянь залежить від поінформованості про структуру об’єкта, його взаємодію з середовищем, знанням залежності вихідної характеристики об’єкта від вхідного сигналу.

Наприклад, для одно-одномірної системи, на вхід якої подають пороговий сигнал      

                                                (9.6)

можливі вихідні характеристики, показані на рис.9.3. Ми одразу ж зауважимо, що зображені на рис. 9.3 вихідні характеристики, не єдино можливі. Навпаки, їх може бути безконечна кількість різновидів, у залежності від властивостей динамічної системи. Вихідні характеристики  на рис. 9.3 відповідають лінійним динамічним системам.  

Рис. 9.3.

Математичні моделі, які відображають вихідні характеристики об’єктів такого типу матимуть вигляд:

           (9.6а)

Лінійний відгук на пороговий вхід породжується (моделюється) лінійним диференціальним рівнянням зі сталою похідною, експоненціальний відгук породжується лінійним диференціальним рівнянням першого порядку зі сталими коефіцієнтами, а осциляційний з затуханням – лінійним диференціальним рівнянням другого порядку зі сталими коефіцієнтами.  

Моделі (9.6а) представляють одно-одномірну схему взаємодії об’єкта з середовищем (один вхід, один вихід) див. рис.9.4. Взагалі кажучи, можливі чотири типи взаємодій:

а) одно-одномірна схема;       в) многомірна-одномірна;

б) одно-многомірна;       г) мгомірна-многомірна.

Рис. 9.4

При побудові математичної моделі за схемою “в” див. рис.9.4, для детермінованого об’єкту приймають, що дія факторів незалежна. Тоді їх вплив враховують у правій частині рівнянь (9.6) у вигляді   , bi – коефіцієнти впливу кожного фактора. Якщо припущення про незалежність хибне, то попередньо вивчають вплив кожного з факторів на вихідну характеристику і по її вигляду підбирають відповідне диференціальне рівняння. Якщо на систему діють одночасно всі фактори, то вихідну характеристику моделюють як суму розв’язків незалежних диференціальних рівнянь, які відповідають кожному фактору.

Коли відсутня апріорна інформація про взаємозв’язки входів і виходів об’єкта, то диференціальні рівняння, що моделюють реакцію системи на входи, складають на підставі допущень або відомостей про структуру об’єкта.  

Слід усвідомлювати, що не має універсального методу побудови модельних систем рівнянь. У кожному випадку слід грунтуватися на вивченні конкретної системи і на сформульованих вище загальних правилах, див. тему 4.

9.3. Принципи моделювання стохастичних об’єктів

Будемо вважати, як і раніше, вхід стаціонарним, якщо вхідний сигнал постійний (з прийнятною похибкою). Якщо ж він приймає декілька значень, то вважатимемо його нестаціонарним.

Для одномірно-одномірного об’єкта його математичною моделлю можна вважати закон розподілу вхідного сигналу.

Якщо ж вхідний сигнал (параметр) приймає різні значення і кожному значенню відповідає набір вихідних величин, то математичною моделлю такого об’єкта є множина законів розподілу вихідної величини для всіх значень вхідного параметра.

Крім законів розподілу вхідних і вихідних величин важливо також знати зв’язок між ними. Тому в склад моделі включають такі функції:

                     (9.7)

х – вхідний параметр; Hm – максимальна ентропія вхідних характеристик; R – відносна організація вхідних характеристик; <y> – середнє значення вихідної величини; – середнє квадратичне відхилення вихідних величин.

Максимальну ентропію (невизначеність) вихідних характеристик оцінюють так:

                                   ,  (9.8)

y – похибка вимірювань вихідних величин.

Відносну організацію вихідних величин (негаентропію) визначаємо за формулою Форстера:

                                                      ,  (9.9)

                                             .         (9.10)

mi – число появ величини  yі  у вихідній характеристиці; N – загальне число спостережень даних вихідних характеристик.

 Для багатомірно-одномірної системи (рис.9.4, в) математичне моделювання зводиться до одномірно-одномірної схеми для кожної комбінації вхідних факторів.

Нестаціонарний випадок характерний тим, що кожний вхідний параметр може мати декілька значень. В цьому випадку, для кожної конкретної комбінації вхідних параметрів зв’язок між входом і виходом визначається по аналогії з багатомірно-одномірною схемою в стаціонарному випадку.

Моделювання динамічних режимів стохастичних об’єктів.

Розглянемо тут випадок одномірно-одномірної схеми. В залежності від характеру вхідного сигналу x(t) можливі два варіанти:

  •  на вході маємо стаціонарний процес;
  •  на вході спостерігається нестаціонарний випадковий процес.

В першому випадку  за математичну модель приймають закон розподілу значень вихідної величини з однаковими параметрами для всіх моментів часу . Вважаємо, що моменти часу дискретизовані з інтервалом t . Також в модель слід ще включити залежності

                                       .                               (9.11)

Ці залежності можуть бути алгебраїчними, або ж у вигляді диференціальних рівнянь.  Для нестаціонарного об’єкта математичні моделі такі:

                                         ,                                (9.12)

- математичне очікування величини   y   на дискретній множині моментів часу з кроком   t; - середнє квадратичне відхилення від математичного очікування для y .

Процес вибору (формулювання) математичної моделі закінчується її попередньою перевіркою, а саме:

  •  перевіряють розмірність всіх членів відповідних рівнянь;
  •  однорідність порядків різних членів , якщо є члени різного порядку малості, то найменші за порядком відкидають;
  •  тип залежностей (необхідно щоб вони відображали характер задачі);
  •  вивчають екстремуми вхідних і вихідних характеристик;
  •  адекватність граничних умов умовам задачі;
  •  досліджують математичну замкненість системи рівнянь;
  •  аналізують фізичний зміст кожного члена модельної системи рівнянь;
  •  досліджують стійкість самої моделі щодо варіацій значень вхідного параметра.

9.4. Аналітичні методи дослідження моделей

При аналізі сформульованої математичної моделі об’єкта важливо узгодити адекватність моделі об’єкту (ступінь її наближення до об’єкта) і прийнятну точність математичного аналізу самої моделі. Оптимальним варіантом є співмірність цих двох наближень, оскільки не має сенсу отримувати точний розв’язок складної математичної моделі (задачі), якщо вона грубо описує реальний об’єкт.    

Динамічні об’єкти переважно моделюються диференціальними або інтегродиференціальними рівняннями. Відомо багато  методів розв’язку диференціальних рівнянь, наприклад, розділення змінних, інтегруючого множника, метод підстановки, розкладу на базисі ортонормованих функцій і т.д. Наближені розв’язки знаходять використовуючи засоби якісної теорії диференціальних рівнянь, або різного типу числові процедури.

Часто, при аналізі задач автоматичного керування і в радіоелектроніці використовують перетворення Фур’є і Лапласа. Всі ці методи детально описані в спеціальній літературі і тут не будемо на них зупинятися.

Розглянемо коротко один метод, який успішно застосовується для аналізу динамічних систем останні 30 років, і який не так широко висвітлений у навчальній літературі. Це метод функцій Гріна. Хоча даний метод безпосередньо застосовується для розв’язку лінійних динамічних задач, проте існує багато процедур наближеного розв’язку нелінійних задач, що грунтуються на ньому.

Основу методу функцій Гріна складають поняття - функції Дірака, яка моделює імпульсний вплив на динамічну систему та сама функція Гріна, яка відображає реакцію динамічної системи на імпульсний вплив, а також лінійність динамічної системи, яка дозволяє будь-який розгорнений у часі вхідний сигнал представити як суму (інтегральну) імпульсних у припущенні, що відгук динамічної системи на такий сигнал також представляється інтегральною сумою відгуків на окремі імпульсні сигнали.

7.4.1. Властивості дельта-функції Дірака

Розглянемо параметричну функцію

                                           , (9.13)

її зображення для m1 < m2 < m3 … < mn показане на рис. 9.5. Ця функція у границі володіє такими диференціальними та інтегральними властивостями:

                                            (9.14)

                                          1)                                            (9.14а)

                                          2)                                          (9.14б)

3)  (9.14в)

4)        (9.14г)

5)     (9.14д)

6)  (9.14е)

7) (9.14ж)

8)   (9.14з)

                                9)                                      (9.14і)

                               10)                           (9.14й)

Ці властивості  дельта - функції дуже корисні при розв’язку конкретних задач з її застосуванням.

7.4.2. Представлення за допомогою дельта-функції розривних   функцій

Розглянемо функцію f(x), що задана на додатній півосі 0Х (див. рис.6, суцільна крива)

                 (9.15)

Було б неправильним представити  у вигляді:

         (9.16)

оскільки є похідною від функції, див. рис.6, штрихова крива,

                                                                          (9.16а)

у якої відсутній поріг “+ 2” (див.(15)).

Для опису розривних функцій дуже зручно використовувати порогову функцію:

                                              (9.17)

з такою властивістю щодо її  диференціювання породжує δ - функцію:

                                              (9.18)

Тоді функцію f(x) слід представити так:

                              ,                      (9.15б)

                                                     (9.16а)

Корисність співвідношення (9.18) продемонструємо на прикладі такої динамічної задачі.

Розглянемо прямолінійний рух вздовж осі  0Х  маси  m  під дією сили Fx(t). Оскільки:

                      , (9.19)

тут прийнято, що .  Припустимо, що сила має імпульсний характер – удар в момент  t  =  t0.  Тобто,

                          (9.20)

Підставивши (20) у (19) та врахувавши (18), отримуємо, див. рис. 7 :

                  (9.21)

Отже, швидкість після удару скачком змінюється від V = 0 ,  t < t0 ,  до  V0 = I0 / m ,  для ,  залишаючись в подальшому сталою.

Зауважимо, що вхідну функцію (9.6) за допомогою θ – функції можна представити у елегантній формі:      

                                                     ,                                     (9.6 б)

яка дозволяє над розривною функцією формально виконувати операції диференціювання і, звичайно, інтегрування.

9.4.3. Функція Гріна. Представлення відгуку лінійної динамічної     системи на довільне збурення через функцію Гріна

Модельні системи, зокрема (9.6а), відображають математичні процедури (операції), які співставляють деяким функціям y(t) (які у цьому випадку є вихідними функціями динамічної системи) функції входу х(t) У конкретних випадках (9.6а) цими процедурами є операції диференціювання та множення на сталу величину. В інших – ними можуть бути матричні або інтегральні перетворення змінних, тощо.

Вирази, що представляють процедури перетворення одних функцій у інші, називають операторами.

 Т.ч., рівняння (6а) можемо скорочено записати так:

                               (9.6в)

У подальшому будемо розглядати лінійні оператори, що володіють такою властивістю:

                         (9.22)

тобто результат дії оператора на суму функцій, рівний сумі результатів дії цього ж оператора на кожну функцію зокрема.

Зауважимо, що всі оператори (6в) лінійні.

Означимо функцію Гріна G(x, y),  як відгук динамічної лінійної  системи на зовнішній імпульсний вплив, який представимо дельта-функцією, що має особливість у точці х0 :

                                            (9.23)

лінійний оператор, що представляє дану лінійну динамічну систему.

Щоб отримати формальний вираз для функції Гріна G(x,y) означимо оператор обернений до  таким чином:

                                            (9.24)

Зауважимо, що в силу лінійності оператора , обернений до нього оператор також лінійний.

Подіємо зліва на рівняння (23) оператором

                          (9.25)

щоб спростити (25), згадаємо (24) та проінтегруємо ліву і праву частини по х, враховуючи (14д):

                 (9.26)

                      . (9.27)

Доозначимо процедуру інтегрування у такий спосіб:

           (9.28)

Таке доозначення обгрунтоване тим, що G(x,x0) представляє “поширення” у точку  “х” збурення, яке сталося у точці  “х0” (реакцію динамічної системи в точці  “х”  на збурення у точці  “х0”). Але якщо , то в точці  х = х0 збурення відсутнє і поширюватися немає чому (реагувати нема на що).  

Отже, формальне представлення функції Гріна в операторній формі таке:

                                          (9.29)

Вирази (28) та (29) символічно означають G(x, ) – функцію відгуку динамічної системи, що описується оператором , на імпульсне δ- подібне збудження (вхідний сигнал).

Використовуючи функцію Гріна, легко знайти частковий розв’язок лінійної динамічної системи. Справді, нехай динамічна система задана оператором  і виражається неоднорідним диференціальним рівнянням означеним на проміжку [a ; b].

                                             (9.30)

– оператор, що представляє динамічну систему, f(x) – функція відгуку системи на вхідне збурення . Вважаємо, що функції f(x) і  означені на [a;b]. Подіємо зліва на (30) оператором  , тоді:

                                 ,      (9.31)

або  після інтегрування                                             (9.31а)

Представимо тепер таким чином, див. (14 д):

                                   (9.32)

і підставимо (9.32) у праву частину (9.31а), та використаємо лінійність оберненого оператора , тоді отримаємо:

(9.33)

Враховуючи (9.28), частковий розв’язок динамічної системи (9.30), можемо представити так:

                                      (9.34)

Завдяки лінійності динамічної системи (9.30), її загальний розв’язок будується як сума загального розв’язку однорідної системи

                                              (9.35)

та часткового розв’язку неоднорідної системи (9.30), тобто:

                                (9.36)

Отже, задача знаходження відгуку будь-якої лінійної динамічної системи на вхідний сигнал , звелася до знаходження її відгуку на δ- подібне імпульсне збурення (вхід) цієї системи, тобто до знаходження функції Гріна .

9.4.4. Приклад розрахунку функції Гріна простої динамічної моделі

Розглянемо динамічну систему на яку подається зовнішній вхідний сигнал φ(х), див. (9.6а)

         (9.37)

Будемо шукати розв’язок (9.37) при такій умові:

                                                      (9.38)

За означенням функція Гріна для динамічної системи (9.37) є розв’язком рівняння:

                                              (9.39)

Зрозуміло, що це символічне рівняння (у тому розумінні, що воно є скороченим  записом процедури) для знаходження функції Гріна.     

Процедура розрахунку функції Гріна системи (9.37)

1. Будемо вважати, що  , тоді на проміжку    рівняння (9.39) стає таким:

                                             (9.40)

Розв’язок цього однорідного рівняння знаходимо простим інтегруванням:

(9.41)

знайдемо постійну С. Для цього використаємо умову (38):

                          (9.42)

Отже, всюди на проміжку  .

2. Проінтегруємо (9.39) на проміжку  , в околі точки  “х”  тоді:

(9.43)

Перший інтеграл (9.43) рівний нулю, бо ми вважаємо, що f(x) функція регулярна. З другої сторони для всіх , отже, маємо :

                                                (9.44)

3. Для  рівняння (9.39) також перетворюється у (9.40) і тому його розв’язок

      (9.45)

Остаточно:

                                     (9.46)

Таким чином, розв’язок динамічної задачі (див. (9.37)):

                                         

має з врахуванням (9.36) та (9.46) такий вигляд:

        (9.47)

Константа  С  визначається з початкових умов при  х = а .

Зауваження. У застосуванні до рівнянь 1-го порядку метод функцій Гріна повністю еквівалентний методу варіації довільної сталої Лагранжа.

Перевага методу функцій Гріна виявляється при розв’язуванні складніших задач і не лише першого порядку, оскільки він дозволяє природним чином сформулювати ітераційну процедуру розв’язку динамічних задач, як лінійного, так і нелінійного типів. Покажемо це нижче.

Запишемо оператор динамічної системи  у вигляді, де явно виокремлено лінійну і нелінійну частини (якщо це можливо)

                                              (9.48)

- оператор лінійної динамічної системи, відгук якої y0(x) на зовнішнє збурення  відомий;  - нелінійна частина оператора динамічної системи. Вважаємо, що y0(x) – розв’язок рівняння:

                                                (9.49)

Представивши шуканий відгук   y(x)  як суму двох частин  

                                                 y(х) = y0(x) + y(x)  ,    (9.50)

y(x) – відповідає реакції нелінійної частини динамічної системи, запишемо динамічну задачу у вигляді:

                                      (9.51)

Розкриємо добуток (51) і скористаємось (49), що дозволить перетворити (51) так

                                        (9.52)

Згадаємо означення (9.50), щоб виразити y(x) та подіємо на (9.52) зліва оператором

                                      (9.53)

Проінтегруємо (9.53) на проміжку [a; b] по dx  та використаємо представлення (9.32), таке представлення справедливе для будь – якої кусочно неперервної функції, що інтегрована на цьому проміжку, див. (9.14д)

                                   (9.54)

В результаті цих процедур отримаємо:

                  (9.55)

Скориставшись знову доозначенням (9.28) для   маємо  після заміни    кінцевий результат

                         (9.56)

який фактично представляє ітераційну процедуру для знаходження відгуку системи y(x) як для лінійних, так і для нелінійних операторів . Важливо лише, щоб , а значить і  були лінійними.

Зауважимо, що y0(x) – розв’язок лінійного неоднорідного рівняння (9.49) вважається у (9.56) відомим і при реалізації ітераційної процедури приймається за нульове наближення.

 Щоб ітераційна процедура (56) була збіжною, необхідно, щоб задовільнялася умова

                                               

а функція  не мала особливостей на [a ; b] (або були задані правила її доозначення на цьому проміжку).

9.5. Висновки

1. З логіко-психологічної точки зору задача – це інформаційна система, яка складається з неузгоджених, суперечливих між собою інформаційних підсистем, відношення між якими вимагають перетворень цих підсистем з метою усунення протиріч.

2. Структурно будь-яка задача включає підсистему умов і вимог.

Умови – це частина інформаційної системи, що є підставою для дій (перетворень) щодо вирішення суперечностей.

Вимоги – це підсистема, в якій формулюється мета, досягнення якої забезпечується усуненням суперечностей між основними підсистемами.

3. Підсистеми умов і вимог взаємно суперечливі. В процесі розв’язку відбувається неоднократне зіткнення цих основних суперечностей. Їх усунення означає розв’язок задачі.

4. Процес теоретичних досліджень (розв’язку теоретичних задач) складається з кількох стадій.

Оперативна стадія – починається з аналізу можливості розв’язку задачі, а також з пошуку відповідей на питання:

  •  як розв’язують подібні задачі в інших випадках?
  •  як розв’язуються задачі обернені до даної?
  •  як такого типу задачі розв’язує природа (пошук природних аналогів)?

Синтетична стадія. На цій стадії виявляють вплив змін одних частин системи на інші, визначаються необхідні зміни других об’єктів, що функціонують разом з даним, оцінюється можливість використання зміненого об’єкта за новим призначенням, а знайденої ідеї для розв’язку інших задач. Перші дві стадії підготовчі для реалізації третьої – постановки задачі.

5. Постановка задачі. В процесі роботи, на цій стадії, формулюється кінцева мета, виявляється можливість її досягнення “обхідними” шляхами, визначається найефективніший шлях вирішення задачі і визначаються потрібні кількісні показники. При необхідності уточнюються вимоги щодо умов практичної реалізації результатів розв’язку задачі. Наступною стадією є аналітична.

6. Аналітична стадія включає означення ідеального кінцевого результату (ІКР), який формулюється як відповідь на питання:

  •  Який результат бажано (що хочемо) отримати в найсприятливішому випадку щодо розв’язку задачі?

7. Стадія розв’язку задачі. Тут основними є логічні методи, правила і процедури формальних перетворень, критерії внутрішньої несуперечливості, незалежності умов, правильно сформульованої системи аксіом, гіпотез чи обмежень, що випливають із загальних фізичних чи математичних законів. Дуже важливою на цій стадії є додаткова емпірична інформація, чи така, що залучена з інших галузей знань.

8.  Стадія аналізу розв’язків. Також важлива для теоретичних задач, оскільки передбачає перевірку відповідності розв’язків умовам задачі і усвідомлення чи не є ці розв’язки результатом залучених умов, які суперечать початковим, чи в процесі розв’язку задачі не відбулося неявне переформулювання мети.

9.  Переважно починають розв’язок задачі зі створення математичної моделі. Математична модель об’єкта дослідження – це система математичних співвідношень (формул, рівнянь чи систем рівнянь), які описують основні елементи та їх взаємодію в об’єкті.

10. Першим етапом створення математичної моделі є постановка адекватної математичної задачі, визначення об’єкта і мети моделювання, а також факторів, які вивчаються і способів керування ними. На цьому етапі важливо визначити області значень основних факторів (змінних).   

11.  Другим етапом математичного моделювання є вибір типу математичної моделі. Тут важливо мати попередню інформацію про об’єкт, а саме вияснити в пошукових дослідах характер об’єкта, його лінійність чи нелінійність, динамічність чи статичність, детермінований чи стохастичний (імовірнісний) характер.

12. Лінійність моделі визначають за статичною характеристикою об’єкта. Під цим терміном розуміють зв’язок між величиною вхідного сигналу і максимальною величиною реакції об’єкта на вхідний сигнал (вихідною характеристикою). Вихідна характеристика - це зміна вихідного сигналу системи в часі, як функція вхідного сигналу. Якщо статична характеристика лінійна, то такі об’єкти моделюють лінійною функцією, тобто подають зв’язок між множиною вхідних сигналів  та вихідними сигналами  у вигляді:

                                             .

13. Для стохастичних систем важливим є поняття стаціонарності. Критерієм стаціонарності є поведінка у часі параметрів функцій розподілу цих систем. Переважно аналізують поведінку у часі математичного очікування випадкової величини і її дисперсії. Якщо для вибірки математичних очікувань в різні моменти часу   має місце співвідношення:

                           

- похибка визначення , а також: , де

            

то об’єкт стаціонарний. Навпаки, його слід вважати нестаціонарним.

14. Функція Гріна G(x, y) представляє відгук динамічної лінійної  системи на зовнішній імпульсний вплив, який представимо дельта-функцією, що має особливість у точці х0:   .

15.  Задача знаходження відгуку будь-якої лінійної динамічної системи на вхідний сигнал , зводиться до знаходження її відгуку на δ- подібне імпульсне збурення (вхід) цієї системи, тобто до знаходження функції Гріна  ,   Тобто техніка функцій Гріна для динамічних задач є зручною процедурою перетворення диференціальної форми задачі у інтегральну з одночасним виділенням нульового розв’язку,  який відповідає вільній динамічній системі (без вхідного сигналу).

9.6. Питання для самоконтролю

1. Поясніть розуміння поняття „задача” та його  внутрішні суперечності  з т.з. системного аналізу. Опишіть основні стадії розв’язку теоретичних задач.

2. Поясніть, чим математичні моделі об’єктів відрізняються від інших? Сформулюйте загальні правила (основні етапи) побудови математичних моделей. Поясніть ознаки лінійності та не лінійності об’єктів.

3. Які типи моделей вам відомі (класифікація за характером взаємодії об’єкта з оточенням)?

4. Сформулюйте основні принципи моделювання стохастичних об’єктів. Що таке ентропія вхідних характеристик? Який зміст поняття „відносна організація вхідних величин”?

5. Доозначіть математичні моделі (9.6а) так, щоб їх розв’язки відповідали рис.3. Маємо на увазі значення параметрів та початкових умов.  

6. Перелічіть та прикладах проілюструйте основні властивості δ та θ - функцій. Придумайте приклад з застосуванням цих функцій.

7. Який зміст функцій Гріна? Що вона описує? Запишіть в операторній формі рівняння для функції Гріна та його формальний розв’язок.

8. Для яких  динамічних систем можна означити функцію Гріна? Якими властивостями повинні володіти оператори, що представляють ці системи.?

9. Виразіть загальний розв’язок неоднорідної динамічної системи через функцію Гріна. Розрахуйте функцію Гріна для простої динамічної задачі.

10. Опишіть процедуру застосування техніки функцій Гріна до нелінійних задач. За яких умов це можна робити? Який зміст представлення часткового розв’язку нелінійної задачі через функцію Гріна її лінеризованої частини?  


9.7. Література

1. Основы научных исследований. Ред. В.И. Крутов, В.В.Попова. Москва: - Высшая школа, 1980. – 400 ст.

2. Математическое моделирование. Ред. Дж. Эндрюс, Р. Мак – Лаун. Москва: Мир. 1979.- 250 ст.

3. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. Элементы прикладной математики. Москва: - Наука, 1972. – 592 ст.

4. Хакен Г. Синергетика. Москва: Мир, 1980. – 404 ст.  


10. Експериментальні методи дослідження.

   Класифікація експериментів

Слово експеримент походить від латинського “experimentum” – проба, дослід. На сучасній науковій мові це поняття означає ряд дій: цілеспрямоване спостереження (див. тему 1, п.1.2), відтворення об’єкта дослідження, наукова постановка дослідів та умов їх виконання, аналіз даних.

Основною метою експерименту є визначення властивостей об’єкта дослідження, перевірка гіпотез про суть явищ, поглиблення розуміння дослідницької задачі.

10.1. Класифікація експериментів

Експерименти поділяють за галузями наук:

  •  фізичні, хімічні, психологічні і т.д.

За способом формування умов досліду:

  •  природні, штучні умови.

За метою досліджень:

  •  констатуючі, пошукові, вирішальні.

За організацією та місцем виконання:

  •  натурні, польові, виробничі, лабораторні.

За характером впливу на об’єкт дослідження:

  •  інформаційні, енергетичні, матеріальні.

За структурою об’єкта дослідження:

  •  прості, складні.

За типом моделей, що вивчаються під час досліду:

  •  матеріальні, уявні (віртуальні).

За числом факторів, які контролюються:

  •  однофакторні, багатофакторні.

Взагалі кажучи, експерименти можуть класифікуватися за багатьма іншими показниками (ознаками), які у даній конкретній ситуації вважаються основними.

Розглянемо детальніше суть деяких експериментів.

Констатуючий експеримент організовується для перевірки припущень та гіпотез про явище або структуру об’єкта. В цьому досліді констатується існування зв’язків між впливами на об’єкт та результатами такої дії (якщо вони є), встановлюється існування певних явищ чи фактів.

Пошуковий експеримент виконується тоді, коли утруднена класифікація факторів, які впливають на об’єкт дослідження через недостатність попередніх (апріорних) даних. За результатами цього досліду виявляють основні діючі фактори.

Вирішальний експеримент організовується для перевірки основних положень теорії  тоді, коли дві або більше гіпотез пояснюють вже відомі факти і необхідно виявити справедливість однієї з кількох. Наприклад, дослід Фуко з маятником допоміг вибрати, яка з гіпотез  –  Птоломея чи Коперніка справедлива. Суперечка була вирішена на користь Коперніка (обертання Землі).

Натурний експеримент виконують у природних умовах і на реальних об’єктах. В залежності від місця та умов реалізації, натурні експерименти діляться на польові, полігонні та напівнатурні. Натурний експеримент завжди вимагає ретельної підготовки і планування, раціонального вибору методів дослідження. Основна проблема натурного експерименту – забезпечити адекватність (відповідність) умов експерименту реальним ситуаціям, у яких буде працювати об’єкт дослідження. Через це головними задачами, що вирішуються впродовж натурного експерименту є вивчення впливу середовища на об’єкт, ідентифікація статистичних та динамічних параметрів об’єкта, оцінка його функціонування, визначення відповідності об’єкта запланованим вимогам.   

Лабораторний експеримент виконується в лабораторіях, у контрольованих за допомогою спеціальних чи стандартних приладів, умовах за допомогою модельних установок, стендів і т.п. Цей експеримент має хорошу відтворюваність, дозволяє за короткий час отримати повноцінну інформацію про об’єкт, вивчити вплив окремих факторів та їх взаємовплив. Проте цей експеримент не завжди може повністю відтворити реальний процес.

Складний експеримент відноситься до об’єкта з розгалуженою внутрішньою структурою і великою кількістю взаємно зв’язаних елементів. Часто, у складному експерименті не вистачає часу і ресурсів на детальне вивчення об’єкта.

Енергетичний експеримент полягає у вивченні впливу на об’єкт дослідження різного типу силових полів, наприклад, гравітаційного, відцентрового, електромагнітного, акустичного і т.п.

Звичайний експеримент складається з трьох основних підсистем експериментатора – пізнаючого суб’єкта, предмета дослідження і засобів дослідження (прилади, установки). У звичайному експерименті дослідник взаємодіє з об’єктом через засоби дослідження.

Модельний експеримент виключає предмет дослідження, оскільки він заміщається моделлю. Модельний експеримент окрім значних переваг має такі недоліки:

  •  різниця між об’єктом (оригіналом) та моделлю призводить до похибок, часто неконтрольованих;
  •   виникає проблема обгрунтування екстраполяції модельних даних на оригінал.

Уявний або віртуальний експеримент характерний тим, що реальну інструментальну взаємодію між дослідником та об’єктом заміняють уявними операціями над об’єктом, використовуючи для цього образно-знакові моделі. При уявному (віртуальному) експерименті всі дії на об’єкт, а також його реакція на такі впливи, відтворюються в уяві дослідника. Структура уявного експерименту передбачає побудову уявної моделі об’єкта, ідеалізованих умов експерименту і впливів на об’єкт; свідому, за заданим планом, маніпуляцію впливами і умовами, у яких знаходиться об’єкт і конструювання його реакцій на ці впливи у повній відповідності з законами фізики та спеціальних наук. За результатами такого експерименту формулюються висновки щодо можливих якостей об’єкта і його функціональної відповідності. Подібність уявного і реального експериментів обгрунтовується тим, що перед будь-яким реальним експериментом людина відтворює його в уяві, обдумуючи і плануючи його. Тому уявний експеримент найчастіше є планом реального.    

Проте, уявний експеримент має і самостійне значення у тому розумінні, що забезпечує отримання інформації в таких умовах, де іншими методами це неможливо.

Однофакторний експеримент грунтується на виділенні  і зміні величини необхідного фактора, стабілізації значень інших і почерговій зміні факторів у заданій серії дослідів.

Багатофакторний експеримент полягає у зміні значень всіх факторів, а ефект впливу оцінюється за результатами всіх дослідів  даної серії.

10.2. Методика і план експериментів

Методика експерименту - це сукупність уявних і реальних операцій, які виконуються у заданій послідовності з метою досягнення мети дослідження.

При розробці методики дослідження необхідно передбачити:

  •  виконання попередніх спостережень за явищем або об’єктом з метою отримання початкових даних (гіпотез, визначення факторів, які суттєві для даного явища чи об’єкта);  
  •  створення умов експериментування (вибір об’єктів, усунення перешкоджаючих факторів), забезпечення інструментарія;
  •  визначення областей зміни основних факторів;
  •  можливість систематичного спостереження за ходом експерименту і реєстрацію даних;
  •  повторення дослідів і зміни умов дослідів з метою отримання прогнозованих (робочою гіпотезою) даних;
  •  перехід від емпіричного вивчення до логічних узагальнень і побудови теоретичної моделі явища.

Розробивши чи вибравши методику досліду, необхідно переконатися у можливості її практичної реалізації навіть тоді, коли методика вже була випробувана, оскільки можуть виникнути проблеми через кліматичні умови, готовність приміщення і лабораторного обладнання, кваліфікацію персоналу і т.п.

Важливим елементом методики є формулювання задач і мети експерименту, рекомендується в одному експерименті чи серії вирішувати не більше 4 – 5-ти задач.

Наступним етапом методики є вибір і обгрунтування основних і другорядних факторів, від яких залежить явище, котре досліджують. Інколи для цього слід виконати невеликий пошуковий експеримент. Якщо явище залежить від багатьох факторів, то слід виконати багатофакторний експеримент з наступним рангуванням факторів впливу.

Важливим етапом методики є вибір засобів вимірювання і реєстрації даних. Необхідно використовувати стандартизовані і метрологічно атестовані засоби вимірювань. В окремих випадках передбачити виготовлення спеціальних стендів та пристроїв. Такі спеціалізовані вимірні системи повинні бути теоретично обгрунтованими і виконане їх метрологічне дослідження з метою визначення чутливості та похибок вимірювання.

Присутність випадкових факторів призводить до похибок вимірювання. Тому в статистичному експерименті важливим є визначення мінімально достатньої кількості вимірів. Це означає таку кількість вимірів, яка у даній серії дослідів забезпечує отримання стійкої середньої величини виміру, що знаходиться в межах похибки вимірювань приладу чи вимірної системи.

У методиці досліджується процес виконання досліду, описується черговість виконання окремих операцій (вимірів), кожної окремої операції, обґрунтовуються засоби контролю якості операцій, які за умов мінімально достатньої кількості вимірів забезпечують прийнятну точність і надійність результату. Розробляється форма журналу для реєстрації даних.

 Дуже важливим є розділ методики, що стосується обробки даних. Особливу увагу слід приділити методам математичної (статистичної) обробки даних. Результати дослідів повинні задовольняти трьом статистичним вимогам:

  •  ефективності оцінок, тобто мінімальності дисперсії середнього значення вимірювань;
  •  збіжності оцінок – при збільшенні кількості спостережень оцінка параметрів повинна покращуватися;
  •  відсутність систематичних похибок – вимога отримати незміщену оцінку параметра.

Дуже важливо забезпечити ці три вимоги одночасно.

Після розробки і затвердження методики оцінюють обсяг і трудоємність досліджень. В залежності від глибини теоретичних розробок і доступності технічних засобів, можливі такі варіанти експериментів:

1. Теоретична проробка задачі дозволила отримати конкретну залежність функції відгуку від вхідних факторів, наприклад:

                    y(x1, x2) = 1.25∙ x12 +  3.0 ∙x1∙x2  -  4∙ x22                              (10.1)

у цьому випадку потрібна мінімальна кількість вимірів для перевірки цієї залежності.

2. Теоретичний аналіз дозволив виявити клас функціональної залежності функції відгуку від діючих факторів:

                                       (10.2)

тут потрібна серія дослідів для статистично достовірного визначення параметрів a, b, c, d .

3. Теоретичний аналіз дозволив отримати лише якісні уявлення про очікувані залежнос