892

5.5.8. Имитационное моделирование (метод Монте-Карло)………… 150

5.5.9.Модели, основанные на использовании теории случайных функций…………………………………………………………………. 157

5.5.10.Информационные модели………………………………………. 166

6.Экспериментальные исследования……………………………………. 176 6.1. Общие положения. Классификация экспериментов……………... 176 6.2. Планирование эксперимента………………………………………. 180

6.2.1.Планирование полевого опыта………………………………….. 180

7.Обработка результатов исследований…………………………………. 209

7.1.Ошибки измерений и их классификация…………………………. 209

7.2.Точечные оценки измеряемых параметров………………………. 211

7.3.Интервальные оценки измеряемых параметров…………………. 215

7.4.Проверка статистических гипотез. Критерии согласия………….. 226

7.5.Оценки систем случайных величин……………………………….. 236

7.6.Метод наименьших квадратов…………………………………….. 244

8.Защита приоритета исследований и связанных с ними объектами

интеллектуальной собственности……………………………………… 248

8.1.Объекты интеллектуальной собственности………………………. 249

8.2.Оформление заявки на изобретение………………………………. 256

8.3.Условия патентоспособности полезной модели…………………. 260

8.4.Охрана промышленных образцов…………………………………. 261

8.5.Права и обязанности патентообладателей………………………... 262

8.6. Охрана маркетинговых обозначений……………………………… 265

8.7.Охрана географических указаний…………………………………. 267

8.8.Право на использование результатов интеллектуальной

9.Внедрение в производство…………………………………………….. 284

Заключение………………………………………………………………. 293 Контрольные вопросы………………………………………………….. 295 Литература………………………………………………………………. 299

Приложение 1. Пример описания изобретения к патенту Российской Федерации……………………………………………………………….. 302

Приложение 2. Пример использования методов ТРИЗ к решению изобретательской задачи………………………………………………... 305 Приложение 3. Пример использования метода функциональностоимостного анализа (ФСА) к решению изобретательной задачи…. 309

4

Введение

Все, что окружает современного цивилизованного человека, создано творческим трудом предшествующих поколений.

Исторический опыт позволяет с уверенностью сказать, что ни одна сфера духовной культуры не оказала столь существенного и динамичного влияния на общество как наука.

Признанный в мире специалист по философии, логике и истории науки К. Поппер в своей книге [3] не удержался от такого сравнения:

«Как царь Мидас из известной древней легенды – к чему бы он ни прикасался, все обращалось в золото – так и наука, к чему бы она ни прикоснулась – все оживает, приобретает значимость и получает импульс к последующему развитию. И если даже она не может достигнуть истины, то стремление к знанию и поиск истины являются наиболее сильными мотивами дальнейшего совершенствования».

История науки показала, что старый научный идеал – абсолютная достоверность демонстративного знания – оказался идолом, что новый уровень знаний порой требует пересмотра даже некоторых основополагающих представлений («Прости меня, Ньютон» - писал А. Эйнштейн). Требования научной объективности делает неизбежным тот факт, что каждое научное положение должно всегда оставаться временным.

Поиск новых смелых положений, безусловно, связан с полетом фантазии, воображения, но особенностью научного метода является то, что все выдвинутые «предвосхищения» - гипотезы последовательно контролируются систематическими проверками, и, ни одно из них не защищается догматически. Иными словами наука создала полезный инструментарий, позволяющий находить способы обнаружения ошибок.

Научный опыт, позволяющий находить хотя бы временную, но твердую базу дальнейшего развития, полученный прежде всего в естественных науках, был положен в основу инженерного образования. Наиболее ярко это проявилось в первой программе подготовки инженеров Парижской политехнической школы. Это учебное заведение основано в 1794 году математиком и инженером Гаспаром Монжем, создателем начертательной геометрии. В программе была заложена ориентация на глубокую математическую и естественнонаучную подготовку будущих инженеров.

Не удивительно, что Политехническая школа вскоре стала центром развития математического естествознания, а также технических наук, прежде всего прикладной механики.

По этому образцу позднее были созданы инженерные учебные заведения в Германии, Испании, США, России.

Инженерная деятельность как профессия оказалась тесно связанной с регулярным применением научных знаний в технической практике.

Техника стала научной – но не в том только, что безропотно выполняет все предписания естественных наук, а и в том, что постепенно были выработаны специальные – технические науки, в которых теория стала не только вершиной исследовательского цикла, но и ориентиром для даль-

5

нейших действий, основой системы правил, предписывающих ход оптимального технического действия.

Основатель науки «Земледельческая механика» замечательный русский ученый В.П. Горячкин в своем докладе на годичном собрании Общества содействия успехам опытных наук 5 октября 1913 года отмечал: «Сельскохозяйственные машины и орудия настолько разнообразны по форме и жизни (движении) рабочих частей и притом работают почти всегда свободно (без фундамента), что в теории их должен быть резко выражен динамический характер, и что едва ли отыщется другая отрасль машиностроения с таким богатством теоретических тем, как «Земледельческая механика», а единственной современной задачей построения и испытания сельскохозяйственных машин можно считать переход к строго научным основаниям».

Особенностью этой науки он считал то, что она является посредником между механикой и естествознанием, называя ее механикой мертвого и живого тела.

Необходимость сопоставления воздействий машин с реакцией растений и средой их обитания привели к созданию так называемого точного, координатного земледелия. В задачу такой технологии входит обеспечение оптимальных условий роста растений на конкретном участке поля с учетом агротехнических, агрохимических, экономических и других условий.

Для обеспечения этого машины включают сложные системы спутниковой навигации, микропроцессорного регулирования, программирования и т.д.

Не только проектирование, но и производственная эксплуатация машин сегодня требует непрерывного повышения уровня, как базовой подготовки, так и непрерывного самообразования. Даже небольшой перерыв в системе повышения квалификации и самообразовании может привести к существенному отставанию от жизни и потере профессионализма.

Но наука как система приобретения знаний может обеспечить методологию самообразования, основные этапы которого совпадают со структурой исследований, во всяком случае, в области прикладных знаний, и особенно в разделе информационной поддержки исполнителя.

Таким образом, помимо основной задачи курса основ научных исследований – формирования научного мировоззрения специалиста, настоящее учебное пособие ставит перед собой задачу способствовать навыкам непрерывного самообразования в рамках избранной профессии. Необходимо, чтобы каждый специалист был вписан в существующую в стране систему научно-технической информации.

Представляемое учебное пособие написано на основе курса «Основы научных исследований», читаемого на протяжении 35 лет в Пермской ГСХА.

Необходимость издания состоит в том, что существующие учебные пособия, охватывающие все этапы исследований и предназначенные для агроинженерных специальностей, были изданы двадцать-тридцать лет

6

назад (Ф.С. Завалишин, М.Г. Мацнев – 1982 г., П.М. Василенко и Л.В. Погорелый – 1985, В.В. Коптев, В.А. Богомягких и М.Д. Трифонова – 1993).

За это время изменилась система образования (стала двухуровневой, с появлением магистров исследовательского направления предполагаемой работы), претерпела существенные изменения система научно-технической информации, существенно расширился круг используемых математических моделей технологических процессов с возможностью их анализа на ЭВМ, вступило в силу новое законодательство о защите интеллектуальной собственной, появились новые возможности внедрения новинок в производство.

Большая часть примеров построения моделей технологических процессов выбрана среди машин, осуществляющих механизацию работ в растениеводстве. Это объясняется тем, что на кафедре сельскохозяйственных машин Пермской ГСХА разработан крупный пакет компьютерных программ, позволяющий проводить глубокий и всесторонний анализ этих моделей.

Построение математических моделей неизбежно связано с идеализацией объекта, так что постоянно стоит вопрос о мере их идентификации действительному объекту.

Многовековое изучение конкретных объектов и их возможных взаимодействий привело к появлению экспериментальных методов.

Большие проблемы у современного экспериментатора возникают в связи с необходимостью многофакторного анализа.

Когда в исследовании оценивается состояние обрабатываемой среды, параметров рабочих органов и режимов работы, то количество факторов измеряется уже десятками, а число опытов – миллионами.

Созданные в прошлом веке методы оптимального многофакторного эксперимента позволяют существенно снизить число опытов, поэтому изучение их молодыми исследователями необходимо.

Большое значение в технических науках отводится обработке результатов эксперимента, оценке их точности и ошибок, к которым может привести распространение результатов, полученных на ограниченном круге объектов, на всю, как говорят, генеральную совокупность.

Известно, что для этой цели используются методы математической статистики, изучению и корректному применению которых уделяют внимание во всех научных школах. Считают, что строгие основания математической статистики позволяют не только избегать ошибок, но и воспитывают у начинающих научных работников профессионализм, культуру мышления, способность критического восприятия не только чужих, но и своих результатов. Говорят, что математическая статистика способствует развитию дисциплины ума специалистов.

Результаты научной работы могут быть носителями новых знаний и использованы для совершенствования машин, технологий или создания новых товаров. В условиях современной рыночной экономики исключительное значение имеет защита приоритета исследований и связанных с ними объектов интеллектуальной собственности. Система интеллектуальной соб-

7

ственности перестала быть спокойной отраслью права. Сейчас, когда эта система глобализована в интересах экономики, она превращается в мощное средство конкурентной борьбы, торговли и политико-экономического давления.

Защита приоритета может быть осуществлена различными способами – публикация научных работ в печати, оформление заявки на получение патентов на изобретение, полезную модель, промышленный образец или на регистрацию товарного знака, знака обслуживания или места производства товара, коммерческое обозначение и др.

Всвязи с новым законодательством об интеллектуальной собственности, информация о правах на ее использование представляется актуальной.

Конечным этапом научного исследования является внедрение результатов в производство. Этот трудный период деятельности может быть облегчен за счет осознания значимости центральной функции маркетинга в вопросах деятельности промышленных предприятий. Современный маркетинг наработал достаточно эффективный инструментарий создания условий заинтересованности предприятий в использовании новинок.

Особую значимость могут предоставлять оригинальность и высокая конкурентоспособность продукта, подтвержденная соответствующими патентами.

Взаключительной части книги приводятся варианты организации внедрения студенческих научных работ в производство. Участие во внедренческих работах любой формы оказывает большое влияние не только на профессиональную подготовку специалистов, но и на формирование у них активной жизненной позиции.

8

1.Наука в современном обществе и ее значение в высшем профессиональном образовании

1.1.Роль науки в развитии общества

Наука в нашей жизни играет особую роль. Прогресс предшествующих столетий привел человечество к новому уровню развития и качеству жизни. Технологический прогресс основан, прежде всего, на использовании научных достижений. Кроме этого, наука оказывает сейчас влияние на другие сферы деятельности, перестраивает их средства и методы.

Уже в средние века возникающее естествознание заявило свои претензии на формирование новых, свободных от многих догм мировоззренческих образов.

Не случайно наука в течение многих веков подвергалась церковному преследованию. Святая инквизиция немало потрудилась над сохранением в обществе своих догматов, тем не менее, 17...18 века – это века просвещения.

Обретя мировоззренческие функции, наука стала активно воздействовать на все сферы социальной жизни. Постепенно ценность образования, основанного на усвоении научных знаний, росла и стала восприниматься как нечто само собой разумеющееся.

В конце 18 века и в 19 веке наука активно вошла в сферу промышленного производства и в 20 веке становится производительной силой общества. Кроме этого, 19 и 20 вв. могут характеризоваться расширяющимся использованием науки в различных областях социальной жизни, прежде всего в системах управления. Она становится там основой квалифицированных экспертных оценок и принятия решений.

Эту новую функцию характеризуют сейчас как социальную. При этом продолжают усиливаться мировоззренческие функции науки и ее роль производительной силы. Возросшие возможности человечества, вооруженного последними достижениями науки и техники, стали ориентировать общество на силовое преобразование природного и социального мира. Это привело к ряду негативных «побочных» эффектов (военная техника, способная уничтожить все живое, экологический кризис, социальные революции и т.д.). В результате понимания таких возможностей (хотя, как говорят, спички создавались не для того, чтобы ими играли дети) в последнее время наметилось изменение науч- но-технического развития за счет придания ему гуманистического измерения. Возникает новый тип научной рациональности, включающий в себя в явном виде гуманистические ориентиры и ценности [1].

Научно-технический прогресс неразрывно связан с инженерной деятельностью. Возникновение ее как одного из видов трудовой деятельности в свое время было связано с появлением мануфактурного и машинного производства. Она формировалась в среде ученых, обратившихся к технике или ремесленников-самоучек, приобщившихся к науке.

Решая технические задачи, первые инженеры обратились к физике, механике, математике, из которых они черпали знания для проведения тех или иных расчетов и непосредственно к ученым, перенимая их методику исследований.

9

Вистории техники много таких примеров. Часто вспоминают обращение инженеров, сооружающих фонтаны в саду флорентийского герцога Козимо II Медичи, к Г. Галилею, когда их озадачило то обстоятельство, что вода за поршнем не поднималась выше 34 футов, хотя, согласно учению Аристотеля (природа не терпит пустоты), этого не должно было случиться.

Г. Галилей отшутился, что, мол, эта боязнь не распространяется выше 34 футов, но задача была поставлена и блестяще решена учениками Г. Галилея Т. Торричелли со своим знаменитым «итальянским экспериментом», а затем трудами Б. Паскаля, Р. Бойля, Отто фон Герика, окончательно установившими влияние атмосферного давления и убедившими в этом оппонентов опытами с Магдебургскими полушариями.

Таким образом, уже в этот начальный период инженерной деятельности специалисты (чаще всего выходцы из цехового ремесла) были ориентированы на научную картину мира.

Вместо анонимных ремесленников все в большем количестве появляются техники-профессионалы, крупные индивидуальности, знаменитые далеко за пределами непосредственного места своей деятельности. Таковыми, например, являются Леон Батиста Альберти, Леонардо да Винчи, Никколо Тарталья, Джероламо Кардано, Джон Непер и др.

В1720 г. Во Франции был открыт ряд военно-инженерных учебных заведений по фортификации, артиллерии и корпус инженеров путей сообщения, в 1747 г. – школа дорог и мостов.

Когда техника дошла до состояния, в котором дальнейшее продвижение оказывается невозможным без насыщения ее наукой, начала ощущаться потребность в кадрах.

Появление высших технических школ знаменует следующий важный этап в инженерной деятельности.

Одной из первых таких школ была Парижская политехническая школа, основанная в 1794 году, где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовки будущих инженеров. Она стала образцом для организации высших технических учебных заведений, в том числе и в России.

С самого начала эти учреждения начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук. Инженерное образование

стех пор стало играть существенную роль в развитии техники [2]. Инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс

различных видов деятельности (изобретательская, проектировочная, конструкторская, технологическая и т.п.) и обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение, сельское хозяйство, электротехника, химические технологии, перерабатывающие отрасли промышленности, металлургия и т.д.).

Сегодня ни один человек не сможет выполнить все разнообразные работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия (в одном только современном двигателе используются десятки тысяч деталей).

Дифференциация инженерной деятельности привела к появлению так называемых «узких» специалистов, знающих, как говорят, «все ни о чем».

10