Дипломный проект с развитой научно-исследовательской частью

Дипломные проекты (работы) с развитой научно-исследовательской частью, как правило, представляют собой экспериментальные исследования.

Перед проведением работы в таких дипломных проектах на основании анализа задания на дипломное проектирование, исходных данных и литературы, посвященной аналогичным исследованиям, должно разрабатываться техническое задание на проведение исследований. Оно должно содержать:

- цель, назначение и обоснование необходимости проведения исследований (получение новых данных о материалах, объектах, явлениях, закономерностях и др.);

- этапы выполнения;

- технические требования к проведению исследований;

- экономические показатели;

- требования к отчетным документам и др.

Технические требования к выполнению исследований в общем случае имеют ряд ограничений:

- по условиям проведения экспериментов;

- исследуемым параметрам, режимам и их характеристикам;

- предельным погрешностям измерений;

- по методам и средствам испытаний.

На основании анализа литературных источников и требований ТЗ выбирается метод и средство для выполнения экспериментов, составляется план его проведения. В плане проведения эксперимента указывается последовательность работы испытательного оборудования, характер и величина изменения переменных, представляющих варьируемые физические величины. Под испытательным оборудованием – средствам выполнения эксперимента – понимается испытательная аппаратура, измерительные приборы, испытательная машина, образец для эксперимента.

Все результаты измерений и их погрешности должны быть представлены с учетом Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ), в частности с учетом требований ПР 50.2.009-94.

Погрешности средств измерений должны быть определены и указаны в соответствии со стандартами: ГОСТ 8.401-80.ГСИ, ГОСТ 8.009-84.ГСИ, ГОСТ Р 8.563-96.ГСИ.

Эксплуатация нестандартизированных средств измерений допускается только после их метрологической аттестации, осуществляемой ведомственной метрологической службой.

Прямые измерения должны обрабатываться в соответствии с ГОСТ 8.207-76.ГСИ.

Проверка согласия опытного распределения с предполагаемым теоретическим осуществляется в соответствии с требованиями СТ СЭВ 1190-78.

При подчинении эмпирической выборки нормальному распределению оценка ее параметров должна проводиться по СТ СЭВ 876-78.

Качество измерений при экспериментах определяется следующими факторами:

- результаты экспериментов выражаются в стандартных единицах;

- известны значения погрешности выполненных измерений;

- известны достоверности оценок значений погрешностей измерений;

- погрешности не превышают допускаемых пределов.

С учетом этих факторов разрабатывается методика выполнения измерений (МВИ), где выбор единиц физических величин должен производиться в соответствии с ГОСТ 8.417-2002.ГСИ.

Оценка точности результатов эксперимента определяется на основе методики выполнения измерений. Поэтому в ней должна отражаться вся совокупность методов, приемов, способов, процедуры и условий подготовки и проведения эксперимента, а также совокупность приемов и правил обработки результатов измерений. Методики выполнения измерений регламентированы ГОСТ Р 8.563-96.

При дипломном проектировании в методике выполнения измерений, как минимум, должны быть рассмотрены следующие вопросы:

- выбор и обоснование показателей точностей измерений;

- выбор средств и методов измерений;

- учет условий проведения измерений;

- разработка математической модели погрешностей измерений;

- обработка результатов измерений;

- оценка точности результатов измерений.

В практике проведения экспериментов при дипломном проектировании достаточно часто встречаются измерения, требующие предварительной оценки их погрешностей. В этом случае заранее выявляются основные источники погрешностей измерений, оценивается их влияние на результаты, регламентируются правила обработки экспериментальных данных и разрабатывается модель погрешностей измерений, на базе которой осуществляется количественная оценка погрешностей измерений. Обычная модель погрешностей измерений представляется суммой некоторых функций, каждая из которых, в свою очередь, является моделью элементарной погрешности.

При этом должны учитываться и методические вопросы, такие, как:

- выбор способов суммирования элементарных погрешностей;

- подбор теоретических функций распределения, согласующихся с данными эмпирических выборок и др.

В качестве примера рассмотрим следующую задачу. Требуется расчетным путем оценить точность результата измерения силы с помощью динамометра, установленного в нагружающую цепь испытательной машины. При этом необходимо определить:

- верхнюю и нижнюю границы систематической составляющей погрешности измерения с заданной допустимой вероятностью ;

- функцию распределения случайной составляющей погрешности измерения ;

- среднее квадратическое отклонение S случайной составляющей погрешности измерения.

Моделью погрешности измерений может быть сумма следующих элементарных погрешностей, источники которых были выявлены при метрологической аттестации:

- неточность динамометра ( );

- влияние условий проведения измерения ( );

- некомпенсация местных перегрузок ( );

- неточность направления приложения нагрузки ( );

- влияние электромагнитных полей ( ),

где и - соответственно нижняя и верхняя границы систематической составляющей погрешности измерения, возникающей под действием i-го фактора; - дисперсия рассеяния наблюдений, возникающая при действии i-го фактора.

Алгоритм решения задачи будет следующим.

1 Определение систематической составляющей погрешности измерений суммированием ее элементарных погрешностей с учетом законов их распределений .

При отсутствии сведений о функции распределения расчеты осуществляют из наличия самого неблагоприятного случая – распределения по закону равной вероятности.

Выбирается значение доверительной вероятности для , зависящие от требуемой надежности доверительных границ этой погрешности. Обычно ³0,90. Примем =0,95.

Границы положения неисключенной систематической составляющей погрешности измерения могут быть рассчитаны по формулам:

,

,

где K – коэффициент, зависящий от числа слагаемых и доверительной вероятности.

Например, при большом числе слагаемых m и значение доверительной вероятности =0,95 K=1,1 независимо от числа слагаемых; при =0,99 K=1.4, если m>4; при m<4 значение K выбирают по данным графика, приведенного в разделе 4 ГОСТ 8.207-76.

2 Определение функции распределения случайной составляющей погрешности измерения.

Для этого имеются ряд наблюдений, которые представляются графически в виде гистограммы либо полигона. Далее проверяется согласие данных полученной эмпирической выборки с различными теоретическими распределениями. В качестве функции распределения случайной составляющей погрешности принимается та, значения которой имеют наилучшее согласие с эмпирической выборкой. Для сравнения с теоретическими законами используются критерии: Колмогорова, , и другие.

3 Вычисление значения среднего квадратического отклонения случайной составляющей погрешности.

Сначала определяется дисперсия суммы случайных погрешностей :

,

где и – соответственно, случайная составляющая погрешности измерения и ее дисперсия, возникающие под воздействием i-го фактора;

– коэффициент корреляции случайных погрешностей .

Знак «i<j» означает, что суммирование распространяется на все возможные попарные сочетания случайных величин . Если все случайные составляющие некоррелированы, то =0.

Данная формула справедлива для суммирования случайных величин, в том числе и погрешностей с любыми законами распределения.

Затем рассчитывается среднее квадратическое отклонение .

Для практического применения имеют смысл только значения, взятые со знаком «+».

В заключении необходимо проанализировать полученные значения погрешностей и сделать выводы.