Представление и визуализация результатов научных исследований

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ 
И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ

О. С. ЛОГУНОВА
П. Ю. РОМАНОВ
Л. Г. ЕГОРОВА
Е. А. ИЛЬИНА

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНИК

Под редакцией доктора технических наук, профессора 
О. С. Логуновой

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ – АСПИРАНТУРА

Рекомендовано Учебно-методическим советом ВО 
в качестве учебника для аспирантов, 
обучающихся в высших учебных заведениях

УДК [004.9+001.89](075.8)
ББК 32.81:72я73
 
Л69

Логунова О. С.
Представление и визуализация результатов научных исследований : 
учебник / О. С. Логунова, П. Ю. Романов, Л. Г. Егорова, Е. А. Ильина ; 
под ред. О.С. Логуновой. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 156 с. + Доп. 
материалы [Электронный ресурс]. — (Высшее образование: Аспирантура). — DOI 10.12737/textbook_5c178eb6cf1e63.57981471.

ISBN 978-5-16-014111-4 (print)
ISBN 978-5-16-106635-5 (online)
В учебнике рассмотрены основные технологии и средства представления и визуализации результатов научных исследований. Приведены 
результаты научных исследований, определены основные тенденции 
в представлении научного материала для современных журналов. Основное внимание уделено визуализации результатов с использованием методов обобщения и ее реализации средствами компьютерной техники. Для 
овладения практическими навыками предлагаются упражнения, задания 
для которых основаны на результатах научных исследований, выполненных и защищенных в рамках научных диссертаций под руководством авторов в 2013—2017 гг.
Соответствует требованиям Федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Предназначен аспирантам всех направлений при изучении дисциплин 
«Методология и информационные технологии в научных исследованиях», «Представление результатов научных исследований» и др.

УДК [004.9+001.89](075.8)
ББК 32.81:72я73

Л69

А в т о р ы:
О.С. Логунова, доктор технических наук, профессор (гл. 1, 2);
П.Ю. Романов, доктор педагогических наук, профессор (гл. 1);
Л.Г. Егорова, кандидат технических наук, доцент (гл. 2);
Е.А. Ильина, кандидат педагогических наук, доцент (гл. 2)

Р е ц е н з е н т ы:
А. Н. Панов, кандидат технических наук, начальник отдела АСУП 
ЗАО «КонсОМ СКС» (г. Магнитогорск);
А. Ю. Воробьева, кандидат педагогических наук, заместитель директора филиала Московского психолого-социального университета 
(г. Магнитогорск)

ISBN 978-5-16-014111-4 (print)
ISBN 978-5-16-106635-5 (online)

© Логунова О. С., Романов П. Ю., 
Егорова Л. Г., Ильина Е. А., 
2019

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны 
в электронно-библиотечной системе Znanium.com

Введение

Правительством Российской Федерации определена цель для 
развития науки и техники, чтобы к 2020 г. выйти на мировой уровень исследований и разработок по приоритетным направлениям. 
К передовым направлениям развития науки и техники относятся: 
безопасность и противодействие терроризму; науки о жизни; индустрия наносистем; информационно-телекоммуникационные системы; перспективные виды вооружения, военной и специальной 
техники; рациональное природопользование; транспортные и космические системы; энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика. Однако в настоящее время существуют факторы, 
препятствующие достижению этой цели:
1) низкая результативность межведомственной координации 
исследований и разработок;
2) отсутствие внутреннего спроса на результаты научной и научно-технической деятельности;
3) отсутствие эффективных механизмов трансфера результатов 
оборонных и гражданских исследований и разработок;
4) правовое несовершенство форм и механизмов государственно-частного партнерства в Российской Федерации;
5) низкие темпы подготовки отечественных кадров высшей квалификации;
6) проявления псевдо- и лженауки, наличие мало результативных и неконкурентоспособных научных коллективов;
7) низкий уровень публичности результатов научной, научнотехнической и инновационной деятельности;
8) невысокий социальный престиж научной и инженерной работы;
9) недостаток научно-технических и материальных ресурсов для 
поддержания изношенных объектов, созданных в индустриальную 
эпоху, в целях предотвращения аварий, катастроф и ликвидации 
их последствий.
Снижение влияния указанных факторов ведется при непосредственном государственном участии по 23 направлениям, среди которых: обеспечение полноты, оперативности и достоверности научно-технической информации в научной, научно-образовательной 
и научно-производственной сферах, развитие унифицированной 
системы кодификации научных знаний и технологий с полным 
учетом и освещением информации о результатах исследований 

и разработок, полученных с использованием бюджетных средств, 
включая результаты диссертационных исследований, и др.
В этой связи возникает необходимость обратить внимание научных работников, аспирантов, магистрантов на способы представления результатов научных исследований и их визуализации.
Введение в действие образовательного стандарта высшего образования 2015 г. потребовало внесения существенных изменений в структуру подготовки кадров высшей квалификации. 
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего 
образования представляет собой совокупность требований, обязательных при реализации основных профессиональных образовательных программ высшего образования — программ подготовки 
научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению 
подготовки кадров высшей квалификации. Аспиранты получили 
возможность получать полноценное академическое образование, 
в состав которого включены лекционные курсы, направленные 
на формирование универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций.
Анализ комплекса стандартов высшего образования по направлениям подготовки кадров высшей квалификации в ФГБОУ 
ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова» позволил ввести в учебные планы обучения 
аспирантов на первом курсе всех направлений дисциплину 
«Методология и информационные технологии научных исследований».
Цель изучения дисциплины — формирование у выпускников 
аспирантуры комплекса компетенций, направленных на владение культурой научного исследования, в том числе с использованием современных информационно-коммуникационных технологий, методологией теоретических и экспериментальных исследований в области профессиональной деятельности, а также 
способности к работе в российских и международных исследовательских коллективах по решению научных и научно-образовательных задач.
Для достижения цели в области использования современных 
информационно-коммуникационных технологий в профессиональной деятельности при решении научных и научно-образовательных задач авторами предложена реализация пяти основных 
тем, приведенных в таблице.
Три из пяти предложенных тем направлены на представление 
и визуализацию результатов научной деятельности, которые используются при подготовке следующих публикаций: научных ста

тей и докладов, отчетов о научно-исследовательской работе, авторефератов и диссертаций.
При подготовке учебника авторы опирались на современные 
нормативно-справочные документы: стандарты, регламентирующие порядок подготовки авторефератов и диссертаций, разработку 
алгоритмов и блок-схем, а также на требования научных журналов, 
имеющих высокие импакт-факторы как в российских, так и в зарубежных наукометрических системах.
В качестве демонстрационного материала использованы графики, схемы, блок-схемы и диаграммы, которые получены в результате представления и визуализации диссертационных исследований молодыми учеными, защитившими диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук в 2013—2017 гг., 
и подготовлены с учетом современных требований к диссертационным работам.
Авторы исходили из того, что читатели имеют начальные навыки 
использования информационных технологий, полученные при обучении в бакалавриате, специалитете и магистратуре. Поэтому начальные навыки в области применения информационных технологий в учебнике не излагаются.
Выбор программных средств для визуализации результатов научной деятельности основывался на комплексе лицензионных 

Перечень основных тем для освоения навыков по использованию 
современных информационно-коммуникационных 
технологий в области профессиональной деятельности 
при решении научных и научно-образовательных задач

№ 
п / п
Тема
Программное обеспечение

1
Наукометрические системы
Навигатор для использования ресурсов. 
Ресурс — www.elibrary.ru

2
Технологии визуализации количественных 
зависимостей

Электронные таблицы — MS Excel.
Универсальный статистический пакет — 
Statistica 6.0

3
Средства отображения 
схем и алгоритмов
Графический пакет — MS Visio, Power 
Point

4
Средства отображения 
результатов системного 
анализа

Программное обеспечение Case-технологии — ErWin, BpWin

5
Средства подготовки 
текстового документа
Редактор документов — MS Word.
Редактор математических текстов — TeX

программных продуктов, установленных в классах вычислительного центра ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова».
Авторы учебника надеются, что приведенные материалы окажутся полезными не только для аспирантов и магистрантов, 
но и для ученых, которые систематически представляют результаты 
научных исследований в открытой печати.
Желаем успехов в научной деятельности!

Доктор технических наук О. С. Логунова

Глава 1
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Для описания способов представления результатов научных исследований приведем основные понятия, которыми необходимо 
оперировать. Определение понятия «наука» можно найти во многих 
источниках, но все они несут общий смысл. Приведем наиболее известное из этих определений, сформулированное Ф. И. Голдбергом 
и А. В. Симоновым.

Определение 1.1. Наука — важнейшая часть общества, сфера 
человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных данных 
о действительности [1].

Основу научной деятельности составляют сбор фактов об объекте, процессах и явлениях, их постоянное обновление, систематизация, критический анализ и синтез новых знаний, которые 
не только описывают наблюдаемые объекты, процессы и явления, 
но и позволяют выявить взаимосвязи между ними и выполнять 
прогностическое моделирование.
Любая научная деятельность осуществляется в рамках научной 
специальности.

Определение 1.2. Научная специальность — область теоретического или прикладного исследования, направленная на получение новых знаний об объектах, процессах или явлениях.

Основным регламентирующим документом для научной деятельности в рамках научной специальности является паспорт.

Определение 1.3. Паспорт научной специальности — документ, 
закрепляющий область исследований, за которые может быть 
присуждена ученая степень кандидата или доктора наук по соответствующей специальности.

Научные специальности и их паспорта определены номенклатурой, утвержденной приказом Минобрнауки РФ от 25.02.2009 
№ 59 «Об утверждении номенклатуры специальностей научных 
работников» Высшей аттестационной комиссией Министерства 

образования и науки Российской Федерации. Одно из последних 
изменений номенклатуры — «Об утверждении номенклатуры научных специальностей, по которым присуждаются ученые степени» 
в ред. от 08.06.2017.
Для нумерации научных специальностей введен комбинированный группой код. Первая группа кода определяет отрасль наук, 
вторая — группу научных специальностей внутри отрасли, третья — 
номер научной специальности в группе. На рис. 1.1 приведены 
основные отрасли и группы научных специальностей. Некоторые 
из отраслей не имеют деления на группы и поэтому вторая группа 
в коде классификации обнуляется (см. рис. 1.1). Примером такого 
кодирования может служить отрасль 13 — Педагогические науки. 
Нумерация специальностей внутри группы научной специальности претерпевает динамические изменения, поэтому нарушается 
непрерывность в нумерации специальностей. На рис. 1.2 показан перечень научных специальностей группы 05.13.00, в которой 
из 20 позиций представлено только 11.
Паспорта научных специальностей содержат следующие разделы:
 
• шифр специальности, который включает код и полное название 
научной специальности по номенклатуре;

Рис. 1.1. Представление классификаторов для 
кодирования номеров научных специальностей

• формула специальности, которая определяет объект, предмет, 
назначение и актуальность тематик, включенных в научную специальность;
 
• области исследований, включающие перечень основных 
проблем, которые рассматриваются данной специальностью;
 
• список наук, по которым может быть присвоена научная степень по научной специальности (биологические, исторические, 
педагогические и т.д.);
 
• перечень специальностей, смежных или сопутствующих данной.
Рассмотрим на примере одной из научных специальностей 
структуру информации в паспорте.

Задача 1.1. Рассмотрите паспорт специальности 05.13.06 и выделите его основные элементы для использования при подготовке выпускной квалификационной работы магистра или 
диссертации на соискание ученой степени.

1. Шифр специальности: 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям).
2. Формула специальности.
Объект и предмет. Автоматизация и управление технологическими 
процессами и производствами (по отраслям) — специальность, занимающаяся математическим, информационным, алгоритмическим и машинным обеспечением создания автоматизированных технологических 
процессов и производств, а также систем управления ими, включающая 
методологию исследования и проектирования, формализованное описание и алгоритмизацию, оптимизацию и имитационное моделирование 

Рис. 1.2. Перечень научных специальностей в группе 05.13.00

функционирования систем, внедрение, сопровождение и эксплуатацию 
человеко-машинных систем.
Назначение. Специальность включает научные и технические исследования и разработки, модели и структурные решения человеко-машинных 
систем, предназначенных для автоматизации производства и интеллектуальной поддержки процессов управления и необходимой для этого 
обработки данных в организационно-технологических и распределенных 
системах управления в различных сферах технологического производства 
и других областях человеческой деятельности.
Актуальность развития проблемной области данной специальности 
и ее народно-хозяйственное значение обусловлены ростом масштабов 
работ по интенсификации и компьютеризации технологического производства и комплексной автоматизации производства и интегрированного 
управления функционированием как сетью технологических процессов, 
так и отдельным предприятием и целой отраслью народного хозяйства.
Цель. Создание на научной основе автоматизированных производств 
и систем управления технологическими процессами, их последовательная увязка по иерархическим уровням и интеграция в единую систему сбора и обработки данных и оперативного управления повышает 
качество и эффективность всех звеньев производства в народном хозяйстве.
3. Области исследования:
1. Автоматизация производства заготовок, изготовления деталей 
и сборки.
2. Автоматизация контроля и испытаний.
3. Методология, научные основы и формализованные методы построения автоматизированных систем управления технологическими 
процессами (АСУТП) и производствами (АСУП), а также технической 
подготовкой производства (АСТПП) и т.д.
4. Теоретические основы и методы математического моделирования 
организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления, а также их алгоритмизация.
5. Теоретические основы, средства и методы промышленной технологии создания АСУТП, АСУП, АСТПП и др.
6. Научные основы, модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления.
7. Методы совместного проектирования организационно-технологических распределенных комплексов и систем управления ими.
8. Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных 
в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.
9. Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, 
АСТПП и др., включая базы, банки данных и методы их оптимизации.
10. Методы синтеза специального математического обеспечения, 
пакетов прикладных программ и типовых модулей функциональных 
и обеспечивающих подсистему АСУТП, АСУП, АСТПП и др.
11. Методы планирования и оптимизации отладки, сопровождения, 
модификации и эксплуатации задач функциональных и обеспечивающих