Методология научных исследований (агроинженерия): практикум

МЕТОДОЛОГИЯ НАУЧНЫХ 

ИССЛЕДОВАНИЙ 

(АГРОИНЖЕНЕРИЯ)

ПРАКТИКУМ

Под редакцией И.Н. Кравченко

Рекомендовано Федеральным УМО по сельскому, лесному 

и рыбному хозяйству в качестве учебного пособия для использования 

в учебном процессе при подготовке магистров по направлению «Агроинженерия»

Москва
ИНФРА-М

2024

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 001.82+631(075.8)
ББК 19:40я73
 
М54

Р е ц е н з е н т ы:
К.З. Кухмазов, доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой технического сервиса машин Пензенского государственного аграрного университета;
И.В. Шрубченко, доктор технических наук, профессор, заведующий 
секцией «Машиностроение» кафедры технологии машиностроения 
Белгородского государственного технологического университета 
имени В.Г. Шухова

ISBN 978-5-16-018264-3 (print)
ISBN 978-5-16-111278-6 (online)
© Коллектив авторов, 2024

М54
  
Методология научных исследований (агроинженерия): прак тикум : учебное пособие / под ред. И.Н. Кравченко. — Москва : 
ИНФРА-М, 2024. — 379 с. — (Высшее образование: Магистратура). — 
DOI 10.12737/1946239.
ISBN 978-5-16-018264-3 (print)
ISBN 978-5-16-111278-6 (online)
Учебное пособие содержит практические работы по основным темам 
дисциплины «Методология научных исследований», позволяющие качественно освоить изучаемый курс, а также приобрести практические 
навыки в области планирования, организации и проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Приведены примеры 
и различные ситуационные задачи с развернутыми численными решениями с целью выработки навыков практических расчетов, необходимые 
для выполнения самостоятельной работы. По каждой из рассматриваемых 
работ представлен список примерных вопросов для итогового контроля 
знаний, а также сформулированы проверочные тестовые задания, направленные на практическое применение изученного материала.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.
Для магистрантов, аспирантов и преподавателей агроинженерных направлений вузов, а также инженерно-технических работников аграрных 
предприятий.

УДК 001.82+631(075.8)
ББК 19:40я73

Авторский коллектив

Кравченко Игорь Николаевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технического сервиса машин и оборудования Российского государственного аграрного университета — 
МСХА имени К.А. Тимирязева;
Пастухов Александр Геннадиевич — доктор технических наук, 
профессор, профессор кафедры технической механики и конструирования машин Белгородского государственного аграрного университета имени В.Я. Горина;
Кузнецов Юрий Алексеевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры надежности и ремонта машин Орловского государственного аграрного университета имени Н.В. Парахина;
Величко Сергей Анатольевич — доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технического сервиса машин Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева;
Апатенко Алексей Сергеевич — доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой технического сервиса машин и оборудования Российского государственного аграрного университета — 
МСХА имени К.А. Тимирязева;
Мартынов Алексей Владимирович — кандидат технических 
наук, доцент, доцент кафедры технического сервиса машин Национального исследовательского Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева.

Предисловие

Целевым индикатором Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017–2025 гг. является 
кардинальное повышение инновационной активности в сельском 
хозяйстве, характеризуемое быстрым развитием науки, техники 
и технологий, увеличением объема научной и научно-технической 
информации, цифровой трансформации и сменяемостью знаний. 
При этом особое значение приобретает подготовка квалифицированных научно-исследовательских работников, способных к самостоятельной творческой и научной деятельности, а также к внедрению законченных научно-исследовательских работ в производственный процесс.
Методология научных исследований как учебная дисциплина — 
это начальный этап ознакомления будущих специалистов с основами научно-исследовательской работы, необходимыми в их 
профессио нальной деятельности в сфере естественно-научной, 
экономико-правовой и социальной практики. Изучение данной 
дисциплины позволяет не только осуществить на высоком уровне 
научное исследование, но и использовать полученные знания 
и умения в своей профессио нальной деятельности.
В настоящем учебном пособии изложены сведения для выполнения практических работ по дисциплине «Методология научных 
исследований».
Материал учебного пособия необходим обучающимся для 
овладения профессио нальными знаниями, умениями и практическими навыками разработки планов и программ проведения научных исследований; сбора, обработки, систематизации, анализа 
и обобщения научно-технической информации с использованием 
цифровых технологий и инструмен тов; подготовки научно-технических отчетов по выполненным исследованиям; ведения рационализаторской деятельности и изобретательства, что является 
неотъемлемой частью профессио нальной деятельности в области 
планирования, организации и проведения экспериментальных 
исследований с последующей математической обработкой полученных результатов при разработке технических средств, а также 
сложных технологических процессов и операций.
Процесс освоения изложенного в практикуме материала направлен на формирование у обучающихся следующих профессиональных компетенций, связанных со способностью:

• осуществлять критический анализ проблемных ситуаций на основе системного подхода, а также вырабатывать стратегию действий;
 
• управлять проектом на всех этапах его жизненного цикла;
 
• применять современные коммуникативные технологии и цифровые инструмен ты для академического и профессио нального 
взаимодействия;
 
• анализировать современные проблемы науки и производства, 
а также решать задачи развития в области профессио нальной 
деятельности;
 
• проводить научные исследования, анализировать результаты 
и готовить отчетные докумен ты;
 
• осуществлять технико-экономическое обоснование проектов 
в профессио нальной деятельности.
В результате выполнения практических работ обучающийся 
должен:
знать
 
• методики и способы планирования и организации научных исследований;
 
• способы разработки теоретических предпосылок;
уметь
 
• планировать и проводить эксперимен ты;
 
• обрабатывать результаты измерений и оценивать погрешности 
и наблюдения;
 
• сопоставлять результаты теоретических и экспериментальных 
исследований и формулировать выводы;
владеть навыками
 
• отбора необходимой научно-технической информации и анализа уровня ее качества.
Авторы надеются, что учебное пособие обеспечит более глубокое 
и гибкое усвоение магистрантами и аспирантами знаний и умений, 
приобретение фундаментальных и прикладных навыков в области 
научных исследований и позволит повысить уровень профессиональной подготовки инженерно-технических и научно-педагогических работников в их практической деятельности.

Практическая работа № 1. 

МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО 
ВАРИАНТА НАУЧНОЙ ГИПОТЕЗЫ

Цель работы
1. Ознакомить обучающихся с основными требованиями, 
предъявляемыми к научным гипотезам, и методикой оптимального 
выбора.
2. Привить обучающимся практические навыки в оценке степени соответствия научной гипотезы предъявляемым требованиям 
(критериям) с использованием метода относительных предпочтений.

Теоретические сведения
Научная гипотеза — это научное предположение, допущение, 
догадка, предсказание о развитии явлений, а также предварительное объяснение возможного пути (или путей) достижения цели 
исследования. С помощью гипотезы можно получить объяснения 
научной проблемы (задачи), на основе которой в дальнейшем производятся научный поиск, сбор, обработка и анализ фактов, подтверждаются или опровергаются заключения, предсказания. Таким 
образом, необходимость научной гипотезы заключается в том, что 
она:
1) является аппаратом для предварительного объяснения новых 
научных проблем, что касается и точных наук: при построении математической модели проводится первоначальное предположение 
и необходимы допущения. Поэтому первоначальная (гипотетическая) математическая модель может измениться при ее проверке 
и корректировке;
2) выступает как средство объяснения новых фактов, которые 
не объясняются имеющимся объемом знаний. Наличие научной гипотезы позволяет сократить количество проб и исключить многие 
ошибки.
Таким образом, научную гипотезу как начальную фазу исследования отвергать не следует, однако ее роль в различных видах 
исследований будет неоднозначна. Следовательно, научная гипотеза имеет вероятностный характер с неподтвержденной истиной, 
которая подтверждается в ходе проведения всего исследования.

Структура гипотезы включает в себя:
 
• основание — посылки для построения первоначальных суждений 
(эмпирические данные, теоретические суждения);
 
• заключение — предположение, предсказание, основанное на посылках.
Основными видами гипотез являются:
 
• универсальные — приводится предположение того, что исследуемые свойства или закономерности распространяются на все 
случаи или подавляющее их большинство;
 
• частные — предположения, касающиеся отдельных специфических явлений, случаев. Частные гипотезы являются основой 
формулирования универсальных гипотез.
Для построения гипотезы недостаточно одной ее структуры. 
При хорошем основании можно сделать неопределенное заключение и наоборот. Гипотеза может стать объяснительной либо предсказательной. Для выбора наилучшей гипотезы из всех вариантов 
необходимо знать основные требования Ti, которые к ним предъявляются.
1. Обоснованность гипотезы (Т1). Перед ее разработкой гипотеза должна быть проанализирована на состоятельность. Это требование, которое иногда называют релевантностью гипотезы, исходит 
из необходимости ее признания. Гипотеза должна быть понятной, 
логичной и не вызывать двоякого толкования.
2. Проверяемость гипотезы (Т2). Данное требование вытекает 
из предыдущего, но его проверка осуществляется на стадии разработки гипотезы и в ходе проведения исследования по мере появления новых фактов, методов и моделей. При этом средства проверки могут быть самыми разнообразными, например наблюдение, 
косвенные методы, использование измерительных приборов, экспериментальных установок и т.п. Нельзя сводить требование проверяемости только к эмпирическим методам проверки. Гипотеза может 
касаться исследований ненаблюдаемых явлений, процессов либо 
систем, по это му ее проверяемость может строиться на аналогиях, 
косвенных признаках или фактах. Для многих абстрактных гипотез 
необходимы довольно сложная техника измерений, создание дорогостоящей и сложной в инженерном отношении системы наблюдений и т.д.
3. Совместимость гипотез с существующими научными знаниями (Т 3), обусловленная тем, что эти знания дают исходные посылки и формируют основание гипотезы. Более того, подавляющая 
часть исследований проводится в рамках сложившейся системы 
науки, сохраняя преемственность знаний. Следует отметить важное 

обстоятельство: новая гипотеза и построенная на ее основе новая 
теория не отвергают хорошо обоснованные старые теории, а лишь 
выявляют границы их применимости (так называемую область существования).
4. Гипотеза должна обладать способностью объяснения и предсказания (Т4). Предсказательная сила гипотезы оценивается количеством дедуктивных следствий, которые из нее можно вывести. 
При этом чем больше таких следствий, тем сильнее гипотеза. 
Оценка качества гипотезы напрямую связана с количеством фактов, 
которые из нее выводятся и подтверждают ее истинность. Однако 
сводить качество гипотезы лишь к простому количеству фактов 
не рекомендуется. Последние необходимо ранжировать по степени 
подтверждения гипотезы. В этом смысле два или три достоверных 
значимых факта могут дать более высокую оценку качества гипотезы, чем десяток менее значимых. Однако четких устоявшихся 
методов расчета степени подтверждения фактов не существует, поэто му принято считать гипотезу более качественной, если она подтверждена разными независимыми фактами.
5. Гипотеза должна быть простой, ясной и убедительной (Т5). 
Очень часто простота гипотезы ассоциируется с отсутствием 
в ней сложного материального аппарата, абстрактных моделей. 
В этом смысле простота не должна превалировать над другими 
требованиями, а также ее обоснованностью и проверяемостью. 
Другими словами, стремление к простоте гипотезы может повлечь за собой утрату или снижение других ее качественных показателей, и здесь необходим определенный компромисс требований.
Рассмотренные основные требования Ti позволяют утверждать, 
что оценка качества гипотезы является явно выраженной задачей 
многокритериального анализа. Поэтому выбор оптимальной 
или рацио нальной научной гипотезы может осуществляться по следующему алгоритму:
 
• построение возможных вариантов гипотезы, отвечающих изложенным выше требованиям;
 
• выбор наилучшего варианта путем сравнения нескольких возможных вариантов по степени удовлетворения требованиям 
или по принятым критериям.
Каждый из конкурирующих вариантов научной гипотезы может 
быть составлен по методике, состоящей из пяти этапов.
На первом этапе анализируется состояние науки и практики 
в области предстоящего исследования, определяется то, что уже достигнуто, насколько убедительны полученные научные результаты 

и что является неясным. Именно в области неясного формулируются цель исследования, а следовательно, и научная гипотеза.
На втором этапе, исходя из цели исследования, необходимо попытаться предположить, каким образом эта цель может быть достигнута и какие факторы при этом будут влиять на достижение 
цели.
На третьем этапе устанавливаются наиболее значимые факторы, которые будут влиять на объект исследования, выявляются 
движущие силы и условия его существования. На этом этапе формируется основание гипотезы.
На четвертом этапе намечаются основные причинно-следственные связи деятельности объекта исследования, высказываются предположения о возможных направлениях поиска и формулируется заключение гипотезы.
На пятом этапе вариант гипотезы оформляется в виде рабочей 
гипотезы и оценивается на соответствие требованиям к научной гипотезе. При этом форма представления гипотезы может быть различной, например текстуальной (в виде математической модели), 
в графическом виде (в виде графа, матрицы, математической зависимости, диаграммы), в комплексном виде (сочетание модели, графиков, сопровожденных пояснительной запиской) и т.д.
В графиках представляют зависимости результатов от измерений в принятых пределах основных факторов; далее могут быть 
развиты связи между факторами или другие зависимости, принятые 
в гипотезе. В более сложных случаях строятся пространственные 
графики, т.е. результат будет представлен поверхностью. Если 
пространство закономерных взаимосвязей n-мерно, то выбирают 
главные связи и по ним строят ряд трехмерных графиков. Все графики желательно давать с экстремумами и другими характерными 
точками (или частями поверхности). Такие графики не только показывают, что и в каких пределах следует измерять, но и могут дать 
принципиальное решение задачи и тем точнее, чем ближе к истине 
показанное на них развитие явления.
Весьма полезно предполагаемое развитие явления разработать 
в виде математической модели. Так же, как и при представлении 
рабочей гипотезы в виде графиков, здесь важно понимать развитие 
явления физически. В создании формул гипотезы наиболее важным 
действием является выбор или составление (на основании логических предпосылок) их структуры или типа, в которых нашел бы 
отражение характер связи главных факторов. Следует отметить, что 
одно и то же явление, один и тот же процесс можно описать с по

мощью различных математических моделей, пригодных для дальнейшей разработки.
В технических исследованиях математическая модель гипотезы 
часто представляется системой линейных дифференциальных уравнений, но вполне возможны и упрощенные структуры. В некоторых 
случаях математическую модель гипотезы полезно разъяснять с помощью соответствующих разработанных графиков.
В качестве примеров для ориентира формулирования научной 
гипотезы приведем несколько вариантов тематик диссертационных 
исследований, взятых из открытых источников:
1) тема исследований «Схема исследований поверхностных 
остаточных напряжений в металлических покрытиях, нанесенных 
при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники», в которой сформулирована следующая научная гипотеза: существует 
количественно-качественная взаимосвязь параметров деформированного состояния поверхности вокруг отпечатка, возникающего 
в результате упругопластического вдавливания индентора в поверхность восстановленной детали, с остаточными напряжениями, 
условиями нагружения и геометрическими и механическими характеристиками индентора и поверхностного слоя детали;
2) тема исследований «Обоснование параметров рабочих органов молотилки зерноуборочного комбайна с аксиально-роторной 
молотильно-сепарирующей системой». В ней сформулирована следующая научная гипотеза: реализация комплекса взаимосвязанных 
мер по совершенствованию молотильно-сепарирующей системы 
аксиально-роторного типа и сепаратора мелкого вороха (очистки) 
зерноуборочного комбайна, а также по оптимизации их конструктивно-технологических параметров позволит существенно повысить эффективность уборки зерновых культур и риса, снизить 
прямые потери зерна и его дробление;
3) тема исследований «Совершенствование технологии послеуборочной обработки початков семенной кукурузы на основе 
технических решений поэтапного обмолота», в которой сформулирована научная гипотеза: минимизация количества макро- 
и микроповреждений зерна семенной кукурузы в технологии послеуборочной обработки початков при их поэтапном обмолоте 
достигается рацио нальным силовым воздействием на зерно адаптивными рабочими органами аксиально-роторного МСУ, в которое початки подаются из защитных контейнеров дозированно 
и упорядоченно.
Приведем методический пример и разберем его подробно.