Планирование и организация эксперимента

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

БИОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ПЛАНИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТА

Практикум

Новосибирск 2012

УДК 658.5 (076.5)
ББК 65.054+65.241, я7
 
П 372

Кафедра стандартизации, метрологии и сертификации

Составитель: канд. биол. наук, доцент И. А. Ленивкина

Рецензент: профессор кафедры ветеринарной генетики 

и биотехнологии, д-р биол. наук М. Л. Кочнева

Планирование и организация эксперимента: практикум / Но
восиб. гос. аграр. ун-т. Биолого-технолог. фак; сост. И. А. Ленивкина.– 
Новосибирск, 2012.– 60 с.

Практикум по дисциплине «Планирование и организация экс
перимента» предназначен для студентов всех форм обучения и повышения квалификации по специальности 200503.65 – Стандартизация 
и сертификация и направлению подготовки 221700.62 – Стандартизация 
и метрология.

Утвержден и рекомендован к изданию учебно-методическим со
ветом биолого-технологического факультета (протокол № 5 от 10 мая 
2012 г.).

© Новосибирский государственный 
аграрный университет, 2012

ВВЕДЕНИЕ

Практикум предназначен для практических занятий 

и выполнения самостоятельных и контрольной работ по дисциплине «Планирование и организация эксперимента» студентами всех форм обучения и повышения квалификации 
по специальности 200503.65 – Стандартизация и сертификация и направлению подготовки 221700.62 – Стандартизация и метрология.

Цель выполнения практических, самостоятельных 

и контрольной работ по данной дисциплине – систематизация, расширение и закрепление знаний в области управления качеством продукции и услуг, а также развитие навыков 
практического применения полученных знаний и самостоятельного планирования и организации эксперимента, 
то есть определение параметров оптимизации и факторов, 
на них влияющих, количества возможных опытов, разработка методики их рандомизации и проведения, выбор способов 
получения экспериментальных данных и статистической 
обработки с выводами об адекватности математической модели, а также оформление научного отчета по результатам 
исследований.

В результате освоения тем, рассмотренных в практи
куме, обучающиеся должны:

знать:
− понятия, используемые в теории планирования экс
перимента;

− критерии эффективности плана измерения;
− допустимый план, оптимальный план;
− закономерности влияния плана измерения на каче
ство результата измерения;

− методы и алгоритмы построения оптимальных пла
нов измерения и планов, обеспечивающих заданное качество результатов измерений;

− методы и алгоритмы обработки результатов много
кратных измерений, полученных при реализации заданного 
плана измерений;

уметь:
− применять 
вероятностно-математический 
подход 

к оценке точности измерений, испытаний и качества продукции и технологических процессов и параметров их ведения;

− формировать планы измерения для различных изме
рительных задач;

− обрабатывать результаты измерения с использовани
ем алгоритмов, адекватных плану измерений и особенностям измерительной задачи;

− интерпретировать план измерения, результаты изме
рений и результаты их обработки;

− оценивать качество плана измерения;
владеть:
− навыками обработки экспериментальных данных 

и оценки точности (неопределенности) измерений, испытаний и достоверности контроля;

− навыками постановки задачи планирования измере
ний в различных областях прикладной деятельности;

− навыками использования статистических методов 

при решении задач планирования;

− навыками графического изображения результатов 

экспериментов и их обработки;

− навыками оформления результатов эксперимента.

Использование предложенного материала позволит 

обучающимся приобрести следующие профессиональные 
компетенции:

− изучать научно-техническую информацию, отече
ственный и зарубежный опыт в области метрологии, технического регулирования и управления качеством (ПК-18);

− принимать участие в моделировании процессов 

и средств измерений, испытаний и контроля с использова

нием стандартных пакетов и средств автоматизированного 
проектирования (ПК-19);

− проводить эксперименты по заданным методикам 

с обработкой и анализом результатов, составлять описания 
проводимых исследований и подготавливать данные для составления научных обзоров и публикаций (ПК-20);

− принимать участие в работах по составлению научных 

отчетов по выполненному заданию и во внедрении результатов исследований и разработок в области метрологии, технического регулирования и управления качеством (ПК-21).

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Традиционные методы исследований связаны с экспе
риментами, которые требуют больших затрат сил и средств, 
т. к. являются «пассивными» – основаны на поочередном 
варьировании отдельных независимых переменных в условиях, когда остальные стремятся сохранить неизменными.

Эксперименты, как правило, являются многофактор
ными и связаны с оптимизацией качества сырья и материалов, отысканием оптимальных условий проведения технологических процессов, разработкой наиболее рациональных 
конструкций оборудования и т.д. Системы, которые служат 
объектом таких исследований, очень часто являются такими сложными, что не поддаются теоретическому изучению 
в разумные сроки. Поэтому, несмотря на значительный объем выполненных научно-исследовательских работ, из-за отсутствия реальной возможности достаточно полно изучить 
значительное число объектов исследования, многие решения принимаются на основании информации, имеющей 
случайный характер, и поэтому далеки от оптимальных.

Исходя из вышеизложенного возникает необходи
мость поиска пути, позволяющего вести исследовательскую 
работу ускоренными темпами и обеспечивающего принятие 
решений, близких к оптимальным. Этим путем и явились 
статистические методы планирования эксперимента, предложенные английским статистиком Рональдом Фишером 
(конец 20-х годов). Он впервые показал целесообразность 
одновременного варьирования всеми факторами в противовес широко распространенному однофакторному эксперименту. В нашей стране планирование эксперимента развивается с 1960 г.

Исследование является экспериментом, если входные 

переменные изменяются исследователем в точно учитываемых условиях, позволяя управлять ходом опытов и воссоз