Основы научных исследований и испытаний машин и оборудования природообустройства

Московский 
государственный 
горный 
университет 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
М О С К О В С К О Г О 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Пр ед сед am 
ель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
Ml 
ГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. 
председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены 
редсоветпа 

ИВ. 
ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

АЛ. 
ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

М.В. 
КУРЛЕНЯ 
акаделшк 
РАН 

В. И. 
ОСИПОВ 
академик 
РАН 

э.м. 
СОКОЛОВ 
академик 
МАН 
ВШ 

КН. 
ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.В. 
ХРОНИН 
профессор 

В А. 
ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

В.В. Тон 

ОСНОВЫ НАУЧНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ 
И ИСПЫТАНИЙ 
МАШИН 
И ОБОРУДОВАНИЯ 
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА 

Допущено 
Учебно-методической 
комиссией 
Московского 
государственного 
горного 
университета в качестве учебного 
пособия для 
студентов 
вузов, 
обучающихся 
по 
специальности 
171100 «Машины 
и оборудование 
природообустройства 
и защиты 
окружающей 
среды» 

В ы с ш е е 

г о р н о е 

о б р а з о в а н и е 

МОСКВА 
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
2005 

У Д К 622.001 
Б Б К 3 3 . 1 
Т 5 7 

Экспертиза 
проведена 
Учебно-методической 
комиссией 
МГГУ по 
специальности 
171100 «Машины 
и оборудование 
природообустройства 
и защиты 
окружающей 
среды» 
(выписка 
из 
протокола 

No 2 от 22.03.05 г.) 

Книга 
соответствует 
«Гигиеническим 
требованиям 
к 
изданиям 
книжным 
для взрослых. 
СанПиН 
1.2.1253—03», 
утвержденным 
Главным 
государственным 
санитарным 
врачом 
России 30 
марта 
2003 г. 

Р е ц е н з е н т — доц., канд. техн. наук Р.Л. Папоян 
(кафедра 
Горной механики и транспорта МГГУ) 

Тон В.В. 

Т 57 
Основы научных исследований и испытаний машин и 
оборудования 
природообустройства: 
Учебное пособие. — 
М.: Издательство 
Московского 
государственного 
горного 
университета, 2005. — 121 с. 

ISBN 5-7418-0385-7 

В работе содержатся основные положения организации, постановки 
и проведения научных исследований и испытаний машин и оборудования. 
Приведены методы измерений и обработки экспериментальных данных, 
получаемых в процессе научных исследований и испытаний. Даны основы 
моделирования процессов, явлений и теория подобия. Описаны основные 
виды испытаний и особенности их постановки и проведения. 

Для студентов вузов, обучающихся по специальности 171100 «Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды». 

У Д К 622.001 
Б Б К 3 3 . 1 

ISBN 5-7418-0385-7 
© В.В. Тон, 2005 
© Издательство МГГУ, 2005 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2005 

1. О С Н О В Н Ы Е 
П Р Е Д С Т А В Л Е Н И Я 

О Н А У Ч Н Ы Х И С С Л Е Д О В А Н И Я Х 
[1—8] 

1.1. Н а у к а , н а у ч н а я п р о б л е м а , н а у ч н о е н а п р а в л е н и е 

Наука — это сфера человеческой деятельности, функция которой — выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. Она включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и ее результат — 
сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира. Непосредственные цели науки — описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых ею законов. 

Система наук условно делится на естественные, общественные и технические науки. Наука зародилась в древнем мире в 
связи с потребностями общественной практики, начала интенсивно развиваться с 16—17 вв. и сегодня превратилась в производительную силу, оказывающую значительное влияние на все 
сферы общества и культуру в целом. Объем научной деятельности с 17 в. удваивается примерно каждые 10—15 лет (рост открытий, научной информации, числа научных работников). 

Любая отрасль науки предполагает в качестве главной цели 
решение научной проблемы [1,2]. 

Под научной проблемой понимают совокупность сложных 
задач, в которых сформулированы основные теоретические или 
практические вопросы, требующие изучения, исследования 
и 
разрешения. Множество проблем, возникающих перед наукой, 
решаются 
только 
путем 
участия 
в 
исследованиях 
больших 
коллективов 
научных 
работников 
с 
различными 
научными 
специальностями. 
Это 
дает 
возможность 
проведения 
исследований 
в 
различных 
научных 
направлениях, 
что 
обеспечивает всестороннее изучение проблемы. 

Для решения основных научно-технических проблем разрабатываются координационные планы, которые должны выполнять научные учреждения страны. 

5 

Научно-исследовательские работы (НИР) 
классифицируют 
по различным признакам и видам. 

П о степени важности исследований для народного хозяйства НИР подразделяют [1] на важнейшие, 
выполняемые по государственному ruiairy, отраслевые, 
выполняемые для отдельных 
отраслей хозяйства и работы, 
выполняемые 
по танам 
отдельных 
организаций. 

В зависимости от источников финансирования НИР делят 
на бюджетные, финансируемые из средств федерального или регионального бюджета, и договорные, финансируемые по заключаемым договорам научно-исследовательских организаций с организациями-заказчиками, которые используют НИР в данной 
отрасли промышленности. 

По целевому назначению НИР подразделяются [1] на фундаментальные и прикладные. 

Фундаментальные 
исследования 
направлены на изучение и 
установление общих законов развития окружающего нас мира и 
объяснения связей между явлениями. К фундаментальным наукам относятся математика, физика, биология, механика и другие, 
аналогичные по своей значимости и универсальности. 

Прикладные 
исследования 
направлены на создание 
новых 
видов техники или усовершенствование существующих средств и 
способов производства, получение новых материалов. Для всех 
прикладных исследований рассчитывают экономический эффект. 

Степень завершенности прикладных исследований характеризуется пригодностью полученных результатов к производственному применению. По этому признаку прикладные исследования делят на поисковые и научно-исследовательские и опытноконструкторские работы (НИИОКР). Цель поисковых исследований — отыскание принципиально новых путей создания технологии 
и 
техники. 
Их 
продолжением 
являются 
научноисследовательские и опытно-конструкторские работы прикладного характера. 

Н И И О К Р — это целенаправленный процесс преобразования 
научной информации теоретических и прикладных исследований 
в форму, пригодную для освоения в промышленности. 

6 

1.2. О с н о в н ы е с т а д и и 

н а у ч н о - и с с л е д о в а т е л ь с к о й р а б о т ы [1] 

Основные 
стадии 
научно-исследовательской 
работы 
следующие 
[1]: разработка технического задания на 
проведение 
НИР; разработка технического предложения; проведение теоретических и экспериментальных исследований; оформление результатов НИР; приемка научно-исследовательских разработок. 

Техническое задание является исходным документом, определяющим целенаправленность научно-исследовательской работы и ее технико-экономическую целесообразность. Техническое 
задание рекомендуется оформлять в виде самостоятельного документа, содержащего следующие разделы: общие 
положения 
(цель и назначение разработки); источники разработки; техникоэкономические требования; стадии разработки; порядок приемки. 

Техническое предложение разрабатывается при постановке 
принципиально новых и сложных задач на исходных стадиях организации исследований одновременно по нескольким направлениям. Эта работа необходима для отыскания наиболее оптимального 
направления, 
она 
предшествует 
главной 
научноисследовательской или экспериментальной работе. 

Проведение теоретических и экспериментальных исследований. После рассмотрения и утверждения технического предложения разрабатывают комплекс методической и технической 
документации, необходимой для организации и проведения исследований, осуществляют разработку и изготовление объектов и 
средств исследования и проводят теоретические и экспериментальные исследования. 

Оформление 
результатов 
НИР. 
Результаты 
научноисследовательских работ оформляют в виде отчетной научнотехнической документации. Основным документом на стадии 
оформления 
результатов 
НИР 
является 
отчет 
о 
научноисследовательской работе. Этот документ отражает содержание 
выполненной работы и итоговые данные. 

Обычно отчет состоит из следующих разделов: содержание 
(оглавление), аннотация, перечень условных обозначений и сокращений, введение, технико-экономическое обоснование целе
7 

сообразности разработки, программа и методика исследований, теоретические и расчетные данные, результаты 
экспериментальных 
исследований, выводы и рекомендации, приложение, литература. 

Приемка 
научно-исследовательских 
разработок. 
Законченные научно-исследовательские разработки принимаются заказчиком, утвердившим план научно-исследовательских работ. В 
процессе приемки проверяется соответствие выполненной работы требованиям 
технического 
задания 
и 
научно-технический 
уровень разработки. По результатам приемки оформляется «Акт 
приемки научно-исследовательской работы». Утвержденный акт 
является 
свидетельством 
об 
окончании 
научно-исследовательской работы. 

1.3. М е т о д ы о ц е н к и п е р с п е к т и в н о с т и 

т е м ы н а у ч н о г о и с с л е д о в а н и я [1] 

Составной частью проблемы является тема научного исследования. 

При выборе темы необходимо учитывать ее актуальность, 
практическую и теоретическую ценность, новизну, перспективность. Следует также учитывать наличие оборудования, помещения, возможность использования научного потенциала смежных 
коллективов, подготовку исполнителей. 

Под актуальной темой понимают такую важную тему, которая требует разрешения в настоящее время. 

Для определения перспективности тем прикладного назначения применяют четыре метода — математический, метод экспертных оценок, метод ранжирования и метод непосредственной 
оценки [1J. 

Математический метод основан на использовании различных экономических показателей, определяющих перспективность 
исследований. 

Так, для показателя перспективности К э существует формула: 

8 

где Э 0 — общий ожидаемый экономический эффект; 3„ — общие 
затраты на научное исследование, руб.; Р р — вероятность риска 
(величина, устанавливаемая на основе научных прогнозов). 

Чем выше К э, тем перспективнее тема, планируемая к разработке. 
Сущность метода экспертных оценок заключается в том, 
что планируемую тему оценивают эксперты — специалисты. Каждому эксперту выдается оценочная балльная шкала, пользуясь 
которой он устанавливает баллы по теме. Один из вариантов 
балльных оценок, соответствующих характеристике в шкале критериев, приведен в табл. 1. 

После ответа экспертов на вопросы результаты обрабатывают различными способами. Наиболее простым является метод 
максимального балла. При этом предпочтение отдают той теме, 
которая получает наибольший положительный суммарный балл 
(при такой оценке тема является перспективной). 

Ранжирование — процедура установления относительной 
значимости (предпочтительности) исследуемых объектов на ос
Таблица 1 

Экспертная оценка перспективности темы 

Критерий перспективности темы 
Шкала критериев 
Баллы 

Актуальность темы 
Не актуальная 
- 2 

Частично актуальная 
- 1 

Актуальная 
+ 1 

Весьма актуальная 
+ 2 

Продолжительность разработки 
Более 3 лет 
- 2 

2 - 3 года 
- 1 

1 - 2 года 
+ 1 

Менее 1 года 
+ 2 

Возможность внедрения 
Весьма затруднительно 
- 2 

Трудно 
- 1 

Легко 
+ 1 

Очень легко 
+ 2 

Ожидаемый экономический эфМенее 1 руб. 
- 2 

фект (на 1 руб. затрат на иссле1 - 2 руб. 
+ 1 

дование), руб. 
2 - 5 руб. 
+ 2 

Более 5 руб. 
+ 2 

9 

нове их упорядочения. Ранг—это показатель, характеризирующий место оцениваемого объекта в группе других объектов, обладающих существенными для оценки свойствами. При ранжировании эксперт должен расположить альтернативные варианты 
либо характерные признаки (факторы), в порядке, который представляется ему наиболее рациональным, и приписать каждому из 
них числа натурального ряда — ранги ( I , I I , Ш и т.д.). 

При этом ранг I получает наиболее предпочтительная альтернатива, а наибольший ранг N — наименее предпочтительная. 
Следовательно, порядковая шкала, получаемая в результате ранжирования, должна удовлетворять условию равенства 
числа 
рангов N числу ранжируемых альтернатив л. 

Сумма рангов SN, 
полученная в результате 
ранжирования 
объектов, должна быть равна сумме чисел натурального ряда, т.е. 

_ и ( п + 1) 

В случаях, когда ранжирование производится несколькими 
(т) экспертами, обычно сначала для каждого объекта (фактора) 
рассчитывают сумму рангов SNm, 
полученную от всех экспертов, а 
затем, исходя из этой величины, устанавливают результирующий 
ранг для каждого объекта. Наивысший (I) ранг присваивают объекту (фактору), получившему наименьшую сумму рангов, самый 
низкий ранг — получившему наибольшую сумму. 
Остальные 
объекты (факторы) упорядочиваются в соответствии со значением суммы рангов объекта (фактора), которому присвоен I ранг. 

Представим, что три эксперта должны проранжировать три 
основных фактора, влияющих на выбор планового варианта производства какого-либо продукта (изделия), и что этими факторами являются ожидаемая прибыль, срок выполнения и техническая новизна. Предположим, что каждому из этих факторов эксперты присвоили в соответствии со своими представлениями об 
их значимости ранги (табл. 2). 

Как видно из табл. 2, наивысший результирующий I ранг 
присвоен фактору «техническая новизна», получившему наименьшую сумму рангов и являющемуся, таким образом, с точки 
зрения группы экспертов, наиболее важным при выборе планового 

10