Введение. О методах и задачах научных исследований

Метод (греч. methodos) – в самом широком смысле слова – путь к чему-либо. Фрэнсис Бэкон, знаменитый английский философ XVII века, сравнивал метод со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте, и полагал, что нельзя рассчитывать на успех в каком-либо деле, идя ложным путем. Основным методом познания он считал индукцию, которая требует от науки исходить из эмпирического анализа, наблюдения и эксперимента с тем, чтобы на этой основе познавать законы природы. Р.Декарт методом называл «точные и простые правила», соблюдение которых способствует приращению знаний, позволяет отличить ложное от истинного. Он говорил, что уж лучше не помышлять об отыскивании каких-либо истин, чем делать это без всякого метода.

Метод конкретизируется в методике. Методика — это конкретные приемы, средства получения и обработки фактического материала.

Выбор и применение методов и различных методик исследовательской работы предопределяются и вытекают и из природы изучаемого явления, и из задач, которые ставит перед собой исследователь. В науке метод часто определяет судьбу исследования. При различных подходах из одного и того же фактического материала могут быть сделаны противоположные выводы.

Метод сам по себе не предопределяет полностью успеха в исследовании действительности: важен не только хороший метод, но и мастерство его применения.

В процессе научного познания используются разнообразные методы. Каждая наука, имея свой предмет изучения, применяет особые методы, вытекающие из того или иного понимания сущности ее объекта. Так, методы исследования технических систем определяются спецификой физических законов области исследования, ее природой, сущностью.

Итак, метод мы понимаем как способ достижения цели. Методы подразделяют на несколько уровней:

Ø Эмпирический уровень, на нем применяют наблюдение, сравнение, счет, измерение и др., при этом происходит накопление фактов и их описание. Охарактеризуем наиболее важные эмпирические методы:

Ø Метод наблюдения.Метод базируется на фиксации и регистрации параметров и показателей свойств изучаемого объекта. Широко используется при исследовании технических систем.

Ø Метод измерения.Метод состоит в формировании численной оценки исследуемого параметра объекта. Широко используется при исследовании технических систем.

Ø Метод сравнения.Метод позволяет определить различия или общность исследуемого объекта с аналогом (эталоном).

Ø Экспериментальный (теория, гипотеза) – эксперимент, анализ-синтез, индукция-дедукция, моделирование, логический метод. На этом уровне осуществляется также описание-накопление фактов и их проверка. Факты имеют ценность, только когда они систематизированы, проверены, обработаны.Приведем характеристику основных экспериментальных методов:

Ø Метод эксперимента.Метод основан на исследовании изучаемого объекта в искусственно созданных для него условиях. Условия могут быть натуральные и моделированные. Метод предполагает использование ряда других методов – в том числе эмпирических. Широко используется при исследовании и проектировании технических систем. Дальнейшее изложение настоящего материала связано с различными аспектами использования именно этого метода.

Ø Метод анализ и синтеза.Метод основан на различных способах расчленения изучаемого объекта на элементы и отношения (анализ), а также соединения в единое целое отдельных элементов (синтез). Этот метод является одним из основных при исследовании и проектировании мехатронных систем.

Ø Метод индукции и дедукции.Метод основан на получении результатов исследований на базе процесса познания от частного к общему (индукция) и от общего к частному (дедукция).

Ø Метод моделирования.Метод используется для изучения объекта путем замены его моделью, отражающей структуру, связи, отношения, и т.п. Результаты исследования интерпретируются на реальный объект. Этот метод является чрезвычайно эффективным инструментом при исследовании и проектировании технических систем. В данном учебнике этот метод из-за его важности будет рассмотрен более детально в разд.

Ø Теоретический – абстрагирование, идеализация, формализация, анализ-синтез, индукция-дедукция, аксиоматика, обобщение. На этом уровне проводится логическое исследование собранных фактов, выработка понятий, суждений, умозаключений. Соотносятся ранние научные представления с возникающими новыми, создаются теоретические обобщения. Новое теоретическое содержание знания надстраивается над эмпирическими знаниями. Дадим пояснение некоторым теоретическим методам, которые наиболее часто используются в исследованиях технических систем:

Ø Метод формализации. Метод базируется на представлении содержания и структуры изучаемого объекта в знаковой форме с помощью искусственных языков и символов. Этот метод широко используется при исследовании мехатронных систем, например, в виде использования различного рода операторных преобразований (Фурье, Лапласа.), описания свойств мехатронных систем с помощью передаточных функций и т.д.

Ø Метод аксиоматизации.Метод основан на использовании в исследовании некоторых логических аксиом (постулатов), на основании которых все остальные результаты получаются чисто логическим путем, посредством доказательств.

Ø Метод абстрагированияоснован на мысленном отвлечении от несущественных свойств исследуемого объекта и изучении в дальнейшем наиболее важных его сторон на модели. Этот метод является обязательным при исследовании технических систем.

Ø Метод идеализации.Метод основан на изучении объекта путем наделения его некоторыми идеальными свойствами. Этот метод широко используется при исследовании мехатронных систем, например, в случае описания мехатронной системы в целом или отдельных ее частей как линейных или нелинейных объектов.

Ø Метод восхождения от абстрактного к конкретному.Метод основан на получении результатов исследования путем перехода от логического изучения абстрактного представления объекта к его целостному конкретному проявлению.

Ø Метатеоретический – метод системного анализа. Этими методами используются сами теории, разрабатываются пути из построения, устанавливающие границы из применения. Т.е. на этом уровне происходит познание условий формализации научных теорий и выработка формализованных языков, именуемых метаязыками.

Целью большинства исследований технических систем выявление существующих связей между исследуемым объектом и окружающей средой, объяснение и обобщение результатов эмпирических исследований, выявление общих закономерностей и их формализация.

В процессе теоретического исследования приходится непрерывно ставить и решать разнообразные по типам и сложности задачи в форме противоречий теоретических моделей, требующих разрешения.

Структурно любая задача включает условия и требования. Условия – это определенная информационная система, из которой следует исходить при решении задачи. Требования – это цель, к которой нужно стремиться в результате решения.

К некоторым основным типам теоретических задач исследования можно отнести следующие:

· обобщение результатов экспериментальных исследований, нахождение общих закономерностей путем обработки и интерпретации опытных данных;

· расширение результатов исследований на ряд подобных объектов без повторения всего объема исследований;

· изучение объекта, недоступного для непосредственного исследования;

· повышение надежности экспериментального исследования объекта (обоснования параметров и условий наблюдения, точности измерений);

· математическое описание физики процессов, протекание которых предполагается в изучаемом объекте или системе с целью уточнения представлений об их сущности.

Как известно, наиболее широко используемым методом исследования технических систем является моделирование, рассмотри далее его основные виды.