Напрямки та етапи наукових досліджень

ЛЕКЦІЯ № 2

Наукове дослідження повинно бути творчим. Творчість направлена на створення нових цінностей, невідомих раніше. Творчість характерна і для наукової роботи, тому що основними її результатами є нова інформація, нові раніше невідомі факти, явища, відкриття, закони, технічні рішення тощо.

Отримання нових наукових даних – соціальна потреба суспільства, яка поглибилась останнім часом, в епоху науково-технічної революції. Це обумовлено необхідністю підвищення продуктивності праці в умовах зростаючої потреби людей та економного відношення до сировинних ресурсів, погіршення економічної і загострення соціальної ситуації на нашій планеті. Наукові дослідження направлені на вирішення цих задач у результаты чого прискорюється розвиток науково-технічного прогресу. Хорошим прикладом цього може служити розвиток за останні півстоліття електроніки. Зараз важко назвати хоча б одну галузь чи сферу діяльності людей, де б не застосовувались в тій чи іншій мірі електронні пристрої та системи. Вони значно покращують умови праці, її ефективність, розширяють можливості людини як у побуті, так і у професійній діяльності.

Разом з тим на розвиток науки великий вплив чинить і суб’єктивний фактор, пов’язаний із допитливістю людей. Протягом всього свого життя людина прагне пізнати навколишній світ, особливо те, чого вона не знала, не вміла раніше. Особливо емоційне задоволення вона отримує, якщо нею вперше добуті нові відомості, раніше не відомі суспільству.

Відзначені об’єктивні та суб’єктивні фактори обумовили розвиток науки і техніки. Проте керувати процесом добування нової наукової інформації, нових фактів важко. Тому ще недавно (перша половина ХХ століття) панувала думка, що керувати науковою творчістю практично неможливо. За останній час вивченню наукової діяльності людей, розвитку науки присвячена велика кількість робіт. В них показано, що в науковій роботі ризик неминучий, в фундаментальних роботах він більший, у ряді випадків ймовірність успіху не перевищує і 10%, у прикладних – ризик менший, ймовірність успіху досягає 90%. Творчість – це завжди ризик., тому у науковій роботі можна отримати і негативний результат. Окрім того, керувати науковою роботою, збільшувати ймовірність отримання позитивного результату можна, якщо враховувати особливості наукової діяльності людей. Зазначимо деякі з цих особливостей.

Об’єкти, що вивчаються в науковій роботі, слід розглядати у процесі їх діалектичного розвитку. Наприклад, технічні системи, транспорт розвиваються за образними закономірностями (рис. 2.1). Відрізок кривої АБ відповідає початковому розвитку системи, потім настає період її зрілості – відрізок БС, після цього настає спад у розвитку системи – СД. Так було з електронними пристроями та системами на електровакуумних лампах (система І). У деякий період, обумовлений соціальними процесами та розвитком науки і техніки, народжується нова система ІІ (електронні пристрої та системи на лампах замінили пристрої та системи на транзисторах). З часом в електронних пристроях та системах транзистори були замінені на мікросхеми та інтегральні мікросхеми (система ІІІ). Нині інтенсивно іде розвиток мікро- та ноноелектроніки. Це вже четвертий етап розвитку електроніки. З часом можуть з’явитися ще більш ефективні системи та технології в електроніці.

Час

ІІ

І

Б

А

Рис. 2.1. Основні закономірності розвитку технічних систем

Об’єкт, що досліджується, розглядається у взаємозв’язку і взаємообумовленості, оскільки явища природи, а також технічні системи самі по собі не існують. Наприклад, електронна обчислювальна машина є підсистемою у деякій системі обробки та відображення інформації. В свою чергу остання є підсистемою автоматизованої системи управління повітряним рухом.

Системний підхід до вивчення об’єктів дослідження – характерна риса сучасної науки. У цьому випадку об’єкт дослідження вивчається не ізольовано, а як складне ціле, виявляються не лише побудова та властивості об’єктів, а і зв’язки його частин, підсистем, їх функції, встановлюється його взаємозв’язок з навколишнім середовищем, тобто об’єкт дослідження розглядається як частина більш загальної системи. Лише вчений, який володіє діалектичним методом, може розраховувати на успіх у сучасній науці.

Найбільш часто у науковому мисленні враховують діалектичний закон єдності та боротьби протилежностей. Оптимізація технологічних процесів (тобто знаходження найкращих умов його розвитку) пов’язана з проявленням цього закону та визначенням міри. Наприклад, при визначенні оптимальних параметрів деякої електронної системи враховують протиріччя між надійністю роботи системи, з одної сторони, та її економічністю – з іншої.

Результати наукової діяльності характеризуються новизною, оригінальністю та унікальністю. Вони ні за яких умов не можуть бути масовими. Повторення в науковій роботі можливе лише в разі необхідності підвищення надійності результатів дослідження.

У зв’язку з такою особливістю науковий працівник повинен мислити оригінально, нестандартно, широко застосовуючи при цьому абстракції ─ категорії, поняття тощо. В області уявлень, що склалися, важко знайти що-небудь нове, до них люди звикли. Це є серйозною перешкодою для отримання нових наукових результатів.

Нині запропоновано ряд методів, що сприяють подоланню психологічного бар’єра та стимулюючих появу нових ідей ─ «генерування ідей» (наприклад, метод «колективного мозку» або «мозкового штурму»). Припустимо, на деякому стані виникла складна задача, яка не під силу одній людині. У цьому випадку створюється із наукових працівників ─ «генераторів ідей» (будь-яких людей з даної задачі, як правило невірних). На цьому етапі критика ідей не дозволяється. Після цього запропоновані ідеї передаються в іншу групу вчених-критиків, котрі в результаті аналізу відбирають те, що корисно для розв’язку поставленої задачі. Метод «генерування» нових ідей використовується при розв’язання як фундаментальних, так і прикладних досліджень. Наприклад, він був успішно застосований при розв’язанні питань сучасної теорії елементарних частинок та у винахідницькій роботі.

Найбільш ефективним способом інтенсифікації генерації нових наукових ідей та рішень є наполеглива і цілеспрямована робота. У цьому випадку найбільш ефективна інтуїція і найбільш часто виникають неочікувані ідеї, що ведуть до розв’язання поставленої задачі. Натхнення та творча удача не відвідують лінивих і непідготовлених до наукової роботи людей. Працездатність та працьовитість ─ найважливіші риси вченого. Завдяки їм розширяється ерудиція, тренується і збагачується пам'ять потрібними відомостями, розвиваються уважність та спостережливість, удосконалюються навички, підвищується кваліфікація наукових працівника.

Використання в науковій роботі наукових категорій, понять дозволяє виділити суть явища, відволіктись від другорядного, побічного.

Історія науки свідчить в основному про три шляхи отримання істини, нових наукових результатів.

На початку проблеми переважає «стихійний емпіризм». Дослідник заради отримання нової істини пробує все, що здається йому корисним. Цей спосіб отримав назву «метод проб та помилок». Він був розповсюджений у древності, в період розвитку алхімії, а також в роботах відомого вченого-винахідника Едісона. Цей шлях отримання нової наукової інформації малоефективний, його недоліки очевидні, проте він все ще застосовується при вивченні маловідомих об’єктів.

Ньютон розвинув інший метод, суть якого зводиться до наступного. Спочатку ретельно вивчають об’єкт дослідження за допомогою спостереження і експерименту, а потім висувають гіпотезу, будують теорію математичну або логічну. До цього часу ця послідовність виконання наукової роботи була найбільш розповсюдженою.

Зараз все ширше застосовують дедуктивний, теоретичний метод пізнання нової істини. На основі відомих даних (як правило із літератури, а нині і із інтернету) формулюють гіпотезу і будують математичну модель явища. Потім розв’язують основні рівняння переважно за допомогою цифрових ЕОМ, знаходять граничні умови та отримують результати порівняння з експериментом. Цей спосіб найбільш перспективний, але його застосування ефективно переважно при дослідженні явищ, відомості про які достатньо повні. У цьому випадку представляється можливим сформулювати адекватно вихідні дані і відповідно побудувати математичну модель.

І все ж неможливо абсолютизувати який-небудь шлях пізнання істини. Всі вони необхідні, щоб вивчати навколишній світ глибше і ширше, потрібно лише свідомо підходити до їх вибору.

Науково-дослідні роботи (НДР) класифікують за різними признаками. За видами зв’язку НДР із суспільним виробництвом їх поділяють на: роботи, направлені на створення нових процесів, машин, конструкцій тощо, які повністю використовуються для підвищення ефективності виробництва; роботи, направлені на покращення виробничих відносин, підвищення рівня організації виробництва без створення нових засобів праці; роботи в області суспільних, гуманітарних та інших наук, які використовуються для удосконалення суспільних відносин, підвищення рівня духовного життя людей тощо.

За степінню важливості досліджень для народного господарства НДР класифікують так: найважливіші роботи, що виконуються за державним планом; роботи, що виконуються за планом Національної академії наук України; роботи, що виконуються за планом галузевих міністерств і відомств; роботи, що виконуються за планами (за ініціативою) науково-дослідних організацій.

З залежності від джерел фінансування НДР ділять на держбюджетні, що фінансуються із коштів державного бюджету, госпдоговірні, що фінансуються у відповідності із договорами, які укладають між організаціями-замовниками, які використовують НДР у даній галузі і організаціями, що виконують дослідження.

За тривалістю розробки НДР поділяють на довгострокові, що розробляються протягом декількох років, короткострокові, що виконуються зазвичай за один рік.

За цільовим призначенням НДР класифікують на три види ─ фундаментальні, прикладні і розробки.

Фундаментальні дослідження направлені на створення нових принципів. Мета їх ─ розширити знання суспільства, більш глибоко зрозуміти закони природи, розробити нові теорії.

Прикладні дослідження базуються на результатах фундаментальних досліджень і направлені на створення нових методів, на основі яких розробляється нове обладнання, нові машини та матеріали, способи виробництва та організації робіт тощо. Вони задовольняють потреби суспільства у розвиткові конкретної галузі виробництва.

Мета розробок ─ перетворювати прикладні (або теоретичні) дослідження в технічні застосування. Вони не вимагають отримання нових наукових досліджень. Кінцева мета розробок, які проводяться у дослідно-конструкторських бюро (ДКБ), простих, експериментальних виробництвах ─ підготувати матеріал для впровадження.

Взаємозв’язок між основними типами наукових досліджень можна зобразити у вигляді схеми (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема основних типів наукових досліджень: взаємозв’язок науки і виробництва

Дослідницьку роботу проводять за визначеною послідовністю. Стосовно до прикладних науково-дослідних робіт рекомендується процес виконання досліджень, що складається із шести етапів.

1-й етап. Формулювання теми. Загальне ознайомлення з проблемою, за якою передбачається виконати дослідження. Попереднє ознайомлення з літературою та класифікація найважливіших напрямків. Формулювання теми досліджень. Складання анотації (короткого плану) дослідження. Розробка технічного завдання. Складання загального календарного плану НДР. Попереднє визначення очікуваного економічного ефекту.

2-й етап. Формулювання мети та задач досліджень. Підбір та складання бібліографічних списків вітчизняної та зарубіжної літератури (монографій, підручників, статей тощо). Вивчення науково-технічних звітів за темою різних організацій відповідного профілю. Складання анотацій джерел. Складання рефератів за темою. Аналіз, співставлення, критика інформації, що проробляється, і висвітлення стану питання за темою. Формулювання методичних висновків з огляду інформації та задачі дослідження.

3-й етап. Теоретичні дослідження. Вивчення фізичної сутності, часто виконання пошукових (попередніх) експериментів. Формулювання гіпотези і вибір, обґрунтування фізичної моделі. Математизація моделі. Отримання аналітичних виразів. Теоретичний аналіз отриманих виразів.

4-й етап. Експериментальні дослідження. Розробка мети та задач експерименту. Планування експерименту. Розробка методів програми. Вибір засобів вимірювання. Конструювання приладів, макетів, апаратів, моделей стендів, установок та інших засобів експерименту. Обґрунтування способів вимірювання. Проведення експерименту в лабораторії, на експериментальних дільницях, заводах, будівельних підприємств. Обробка результатів спостережень.

5-й етап. Аналіз та оформлення наукових досліджень. Загальний аналіз теоретично-експериментальних досліджень. Співставлення експериментів з теорією. Аналіз розходжень. Уточнення теоретичної моделі, досліджень і висновків. Додаткові експерименти у разі необхідності. Перетворення гіпотези в теорію. Формулювання наукових та виробничих висновків, складання науково-технічного звіту. Рецензування. Складання доповіді. Виправлення рукопису.

6-й етап. Впровадження та визначення економічної ефективності. Впровадження результатів досліджень на виробництві. Визначення економічного ефекта.

Потім ідуть дослідно-технологічні або дослідно-конструкторські розробки, що включають у себе:

а) Формулювання теми, мети та задач дослідження.

б) Вивчення літератури, проведення досліджень (в разі необхідності) і підготовка до технічного проектування експериментального зразка.

в) Технічне проектування. Розробка варіантів технічного проекта. Розрахунки. Розробка креслень. Виготовлення окремих вузлів, блоків і аналіз їх роботи. Розробка та узгодження технічного проекта. Техніко-економічне обґрунтування проекта.

г) Робоче проектування. Розробка з усіма подробицями робочого проекту.

д) Виготовлення дослідного зразка. Аналіз та контроль технічної документації. Проектування технологічних процесів, розробка карт, складання проекту організації робіт. Виготовлення деталей, блоків та вузлів дослідного зразка, складання їх. Випробування, доводи та регулювання зразка. Стендові та виробничі випробування.

е) Доробка дослідного зразка після виробничих випробувань. Заміна окремих вузлів.

ж) Державні випробування. Передача зразка спеціальній комісії на державні випробування.

Трудомісткість виконання НДР на різних етапах не однакова. Теоретична частина вимагає більших затрат розумової праці. Це найбільш творчий шлях.

Експериментальна частина НДР найбільш трудомістка, громіздка, яка вимагає великої акуратності, уваги, терпіння протягом тривалого часу. В деяких випадках виникає потреба у повторному проведенні експериментів.

Загальний цикл робіт, починаючи від фундаментальних і закінчуючи серійним випуском продукції, складає від 5 до 10 років, в залежності від галузі та рівня організації робіт. Потрібно прагнути до скорочення тривалості цього циклу.