Основы научных исследований

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ  АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Леонова О. В.

Основы  научных исследований

Учебное пособие

Альтаир–МГАВТ

Москва

2015

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Леонова О. В.

 

Основы  научных исследований 

Альтаир – МГАВТ

Москва 2015

МГАВТ

УДК 621.8.

Леонова О. В. Основы  научных исследований. Учебное пособие.— М.: 

Альтаир–МГАВТ, 2015.— 72 с.

Учебное  пособие по дисциплине «Основы  научных исследований» пред
назначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки190600.62 
«Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» (профиль
«Техническая экспертиза, сертификация и страхование погрузо-разгрузочных 
транспортных и складских систем») и специальности по 190109.65 «Наземные 
транспортно-технологические 
средства» 
(специализация 
«Подъемно
транспортные, строительные и дорожные  машины»). Учебное пособие может 
использоваться магистрами по направлению подготовки 190600.68 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов».

Учебное пособие содержит теоретический материал; основные вопросы 

лекции, контрольные вопросы. Методический и учебный материал, содержащийся в издании, способствует усвоению и закреплению пройденного материала по курсу «Основы  научных исследований».

В 
пособии 
даны 
основные 
сведения 
по 
методологии 
научно
исследовательской работе, по основам теоретических и экспериментальных исследований. Учитывая специфику обучения в учебном пособии даны основные 
направления научных исследований в водном транспорте, а также исследование 
напряжѐнно-деформированного состояния металлоконструкций портовой перегрузочной техники.

Учебное пособие рассмотрено и рекомендовано к изданию кафедрой Пор
товых подъѐмно-транспортных машин и робототехники МГАВТ (протокол №7
от 16.03.2015г.) 

Рецензенты: доц. Баржанский Е.Е., к.т.н., доц. Никулин К.С.

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом МГАВТ 

Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе на за
седании кафедры ППТМиР (протокол №7 от 16 марта 2015 г.)

Ответственность за оформление и содержание представленных  к изда
нию материалов несут автор и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы.

© МГАВТ., 2015
© Леонова О. В., 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
4

1. Общие сведенья о научных исследованиях.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
5

2. Основные направления научных исследований в водном транспорте . .
9

3. Методология научно-исследовательской работы
. .
. .
. .
. .
. .
12

3.1.Методы научного исследования
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
12

3.2.Основные этапы научно-исследовательской работы
. .
. .
. .
. .
13

3.3.Основная терминология . .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
16

3.4.Поиск, накопление и анализ научно-технической информации . .
. .
19

3.5.Методика работы над рукописью . .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
23

4. Основы теоретических исследований .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
25

5. Основы экспериментальных исследований (испытаний)
.
. .
. .
. .
28

5.1.Общие понятия и классификация экспериментальных исследований . .
28

5.2.Экспериментальные методы оценки напряженнодеформированного состояния конструкции
.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
33

5.3.Методы схематизации нагруженности
.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
40

6. Статистическая обработка результатов экспериментальных
исследований (испытаний) . .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
44

6.1.Графическое представление результатов испытаний
. .
. .
. .
. .
44

6.2.Критерий отбрасывания крайних выделяющихся значений. .
. .
. .
47

6.3.Сглаживание экспериментальных зависимостей
по методу наименьших квадратов .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
52

6.4.Критерии согласия . .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
52

6.5.Доверительные интервалы.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
54

6.6.Критерии равенства средних и дисперсий.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
54

6.7.Дисперсионный анализ.
.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
56

6.8.Регрессионный и корреляционный анализы . .
. .
. .
. .
. .
. .
57

7. Примеры теоретического и экспериментального исследования.
. .
. .
60

7.1.Математическая модель механизма  выдвижения задвижения
робота – манипулятора.
.
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
60

7.2.Результаты экспериментального 
исследования металлоконструкции портального крана .
. .
. .
. .
. .
62

8. Оформление результатов научных исследований . .
. .
. .
. .
. .
66

Литература
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
69

ВВЕДЕНИЕ

Ускорение развития народного хозяйства на современном этапе возможно 

путѐм интенсификации научно-исследовательских и опытно-конструкторских 
работ, что и предлагает активизацию технического творчества  учѐных, инженеров, техников, организаторов науки и производства.

Квалификация специалиста водного  (речного и морского) транспорта со
стоит в умении ставить и решать задачи по совершенствованию перевозочного 
и перегрузочного процессов, технической эксплуатации, ремонта и модернизации эксплуатирующейся техники и т.д.

Эти навыки студент может приобрести, выполняя на должном уровне ла
бораторные работы, курсовые работы и проекты, участвуя в научноисследовательской работе кафедр и, наконец, выполняя дипломный проект. Результатом целенаправленной научно-исследовательской деятельности студента 
могут быть публикации и выступления на научно-технических конференциях, 
авторские свидетельства и т.д.

Изучая курс «Основы научных исследований», студенты получают на
чальные сведения о роли науки, методологии научного исследования, сборе и 
анализе научной информации, знакомятся с видами экспериментальных исследований и обработки их результатов, что позволяет более осмысленно подходить к изучению вопросов лабораторного практикума, курсового и дипломного 
проектирования.

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Основные вопросы лекции

1. Основные функции науки
2. Основные этапы научного исследования
3. Основные задачи курса «Основы научных исследований».

Наука — это сфера исследовательской деятельности, направленная на по
лучение новых знаний о природе, обществе и мышлении. 

Основная функция науки — получение нового знания. Однако, новое зна
ние становится новым, когда оно объяснено. Объяснение — это тоже функция 
науки. Кроме того, научные знания позволяют прогнозировать изменение вещей, процессов, наступление каких-либо событий. Таким образом, прогнозирование — ещѐ одна функция науки. 

Научные исследования бывают фундаментальные и прикладные. 
Фундаментальные — это исследования, направленные на получение новых 

закономерностей об основных принципах строения, функционирования и развития окружающей природной среды.

Прикладные — это исследования, направленные на применение новых 

знаний для достижения практических целей и решение конкретных задач.

Кроме того, существуют поисковые исследования, которые направлены на 

определение перспективности работы над темой, отыскивание путей решения 
научной задачи.

В познании существует два уровня исследований: 
а) теоретический, где преобладают логические методы познания, струк
турными компонентами которого является проблема, гипотеза и теория.

Проблема — сложная теоретическая или практическая задача, способы 

решения которой неизвестны или полностью неизвестны.

Гипотеза — требующее проверки и доказательства предложение о причи
не, которое вызывает определенное следствие (явление).

Теория — логически организованное знание, система знаний, целостно от
ражающая область действительности.

б) эмпирический, где преобладает чувствительное познание, основу кото
рого составляют факты, эмпирические обобщения и законы.

В процессе научного исследования надо отметить следующие основные этапы:
- возникновение идей 
- формулирование понятий и суждений 
- выдвижение гипотез 
- обобщение научных факторов
- доказательство правильности гипотез и суждений 
Научная идея — это интуитивное объяснение явления без промежуточной 

аргументации, без осознания всей совокупности связей, на основании которой 
делается вывод. Научная идея базируется на уже имеющемся знании, но вскры

вает ранее не замеченные закономерности. На основании научной идеи выдвигается гипотеза.

Как было сказано выше гипотеза — это предположение о причине, которая 

вызывает данное следствие. Каждая гипотеза должна подвергаться проверке, в 
результате которой устанавливается, что следствия, вытекающие из гипотезы, 
действительно совпадают с наблюдаемыми явлениями. 

С накоплением новых данных одна гипотеза может быть заменена другой. 

По мере уточнения гипотезы она превращается в закон. 

В современном мире наука является сферой человеческой деятельности, 

основная функция которой — выработка и систематизация объектов и их знаний об окружающей действительности с целью получения нового знания или 
суммы знаний, лежащих в основе научной картины мира.

Всякое научное исследование является относительно сложным процессом 

во времени и пространстве: от творческого замысла до окончательного оформления научного труда. Изучать в научном смысле означает:

-вести поисковые исследования, составляя прогноз будущего, используя 

свои способности, возможности, современные ресурсы реальных достижений 
науки, техники и технологии;

-задействовать не только процессы нахождения, выявления проблем, их 

описание, классификацию, но и процедуры определения путей и методов их 
решения, оценки эффективности принимаемых направлений развития отрасли
для общества.

Научные исследования выполняются в научно-исследовательских инсти
тутах и в высших учебных заведениях

Главными задачами НИР в высших учебных заведениях являются:
- проведение актуальных комплексных научных исследований;
- обогащение учебного процесса результатами, полученными в научных 

исследованиях, в опытных и проектно-конструкторских работах.

Научные исследования и опытно-конструкторские разработки выполняют
ся в высших учебных заведениях на основании перспективных и годовых планов научно-исследовательских работ, утверждаемых ректором вуза.

Финансирование таких работ осуществляется Министерством транс
порта, Ассоциациями морского и речного флота и за счѐт организаций, для 
которых выполняется научно-исследовательская работа. Если научноисследовательские работы носят межвузовский характер, то выбирается головная организация (вуз) и определяются другие вузы, ответственные за 
выполнение отдельных разделов.

Вуз может выполнять инициативные работы, которые финансируются из 

внебюджетных средств высшего учебного заведения. Выполнение таких работ 
способствует первоначальной проработке отдельных вопросов, которые затем 
могут быть включены в план Министерства 

По каждой теме, включенной в план НИР,
составляется технико
экономическое обоснование и проводится патентно-информационная проработка.

Основным структурным подразделениям высшего учебного заведения,

осуществляющим организацию и проведение научно-исследовательских работ,

является 
кафедра. 
Выполнение 
работ 
осуществляется 
профессорско
преподавательским 
составом, 
аспирантами, 
студентами 
и 
научно
исследовательскими работниками вузов. 

Руководители высших учебных заведений принимают меры по материаль
но-техническому обеспечению научных исследований, оснащению кафедр приборами и оборудованием.

Отчѐты о выполненных научно-исследовательских работах регулярно за
слушиваются на кафедрах и научно-технических советах вузов.

Работа считается завершенной при условии выполнения всех предусмотрен
ных планом этапов работ и преставления еѐ руководству-проректору по науке.

Научные отчѐты оформляются согласно требованиям государственных 

стандартов и хранятся в 2-х экземплярах. Годовые отчѐты о выполнении плана 
научно-исследовательских работ рассматриваются Советом вуза и представляются ректором в Министерство. 

В целях повышения качества подготовки специалистов высшие учебные 

заведения привлекают к научным работам студентов в рамках НИРС (научноисследовательской работы студентов). 

Предметом изучения дисциплины «Основы научных исследований» для 

студентов (начинающих исследователей), обучающихся по профилю «Техническая экспертиза, сертификация и страхование погрузо-разгрузочных транспортных 
и 
складских 
систем»
направления 
«Эксплуатация 
транспортно
технологических машин и комплексов» и по специализации «Подъемнотранспортные и строительно-дорожные машины» специальности «Наземные 
транспортно-технологические средства» является изучение методологии научного творчества и принципов организации научной работы в области подъѐмнотранспортной техники.

В данной дисциплине студентам необходимо: 
- сформулировать общие представления о необходимости изучения основ 

научных исследований;

- понять научные направления и научные результаты в области подъемно
транспортной техники;

- ознакомиться с основными теоретическими положениями, законами, прин
ципами, терминами, процессами в области подъемно-транспортной техники;

- изучить традиционные механизмы научного анализа, проведения экспе
риментов, испытаний;

- овладеть навыками выбора научных тем исследований и работ, подбора 

необходимых библиографических публикаций и информационных материалов 
по теме исследования;

- изучить методы планирования научных экспериментов;
- изучить приемы изложения научных материалов и формирования рукописей;
- изучить стандарты и нормативы по оформлению результатов научных 

исследований, подготовке научных докладов, публикаций.

Дисциплина «Основы научных исследований» органически связана с дис
циплинами всех блоков учебного плана, которые либо изучаются чуть раньше 
или параллельно с данной дисциплиной, и являются базовыми основами при 

дальнейшем обучении, либо последовательно в дальнейшем развивают поставленные в данной дисциплине вопросы.

Поэтому будущим специалистам, как начинающим исследователям, необ
ходимо ознакомиться с основами научных исследований в выбранной ими отрасли знаний, научиться стандартным методам и приѐмам ведения научной работы с целью использования полученных знаний при проведении лабораторных 
работ, 
курсового 
и 
дипломного 
проектирования, 
участия
в 
научно
исследовательской работе студентов.

Контрольные вопросы

1) Назовите основные функции науки.
2) Назовите основные этапы научных исследований.
3) Какие вы знаете два уровня научных исследований, какие они имеют 

основные компоненты.

2.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 

В ВОДНОМ ТРАНСПОРТЕ

Основные вопросы лекции

1. Основные задачи развития водного транспорта для развития конкурент
но-способного рынка.

2. Основные задачи развития водного транспорта для повышения доступ
ности услуг.

3. Основные задачи развития водного транспорта для повышения уровня 

безопасности движения и мореплавания.

4. Основные задачи развития водного транспорта для обеспечения безо
пасности окружающей среды.

В настоящее время Российская экономика развивается в условиях:
- усиления глобальной  конкуренции;
- возрастания роли частного капитала;
- исчерпания источников экспертно-сырьевого типа [1].
В связи с этим, к задачам развития водного транспорта до 2030, входящего 

в транспортную систему России, относятся:

- повышение мощности морских портов с учѐтом создания экономически 

обоснованных резервов, в частности: реконструкцию проходного канала порта
Архангельск, развитие портов Мурманск, Выборг, Калининград, Махачкала, 
Астрахань, Петропавловск-Камчатский и др.

- улучшение технического состояния причальных сооружений;
- модернизация и замена морально и физически изношенного перегрузоч
ного оборудования и других технических средств и устройств;

- строительство новых причалов и терминалов для переработки контейне
ров, минеральных удобрений, сжиженного газа;

- создание в речных портах центральной части России и Сибири кон
тейнерных терминалов и логистических центров, для обслуживания транспортных коридоров.

Для развития конкурентно-способного рынка транспортных услуг необхо
димо [1] увеличивать пропускную способность российских морских портов и 
морского флота, отказаться от регулирования тарифов на погрузо-разгрузочные 
работы, внедрять и развивать транспортно-технологические системы приспособленных для интермодальных перевозок судов-контейнеровозов, универсальных баржебуксирных составов.

Для повышения доступности услуг для пассажиров в сфере морского и 

внутреннего водного транспорта требуется обеспечить рост перевозок грузов и 
пассажиров на социально значимых маршрутах, особенно крайнего Севера и 
Дальнего Востока, повышать качество транспортного обслуживания, комфортности и уровня сервиса. 

Задачами водного транспорта в области повышения уровня безопасности

является [1] обеспечение транспортной безопасности объектов воднотранспортной инфраструктуры, безопасности перевозки грузов, требующих особых 
условий, развитие средств и систем надзора; предполагается введение реестра 
категорированных объектов, оценки уязвимости объектов транспорта, аккредитации специализированных организаций в области обеспечения транспортной 
безопасности.

Более высокий уровень безопасности мореплавания должен обеспечивать
ся путем:

- ввода в эксплуатацию необходимого количества судов, в том числе ледо
колов аварийно-спасательных и гидрографических;

- создания и поддержания на должном уровне береговых средств обеспе
чения безопасности мореплавания;

- создания систем наблюдения за судами;
- реконструкции объектов глобальной системы связи;
-обеспечения профессиональной подготовки персонала, непосредственно 

связанного с обеспечением морской безопасности.

Более высокий уровень охраны окружающей среды обеспечивается [1] путем:
- ввода в эксплуатацию экологических судов;
- ограничения срока службы судов для перевозки нефтеналивных грузов;
- создания специальных судов и технических средств по сбору, комплекс
ной переработке и утилизации различных видов отходов, образующихся при 
эксплуатации и попадающих в водную среду при аварии;

- развитие страхования ответственности за негативное воздействие объек
тов водного транспорта, при их эксплуатации, на окружающую среду. 

Более подробные сведения приведены в [1]
Решение приведенных выше задач осуществляется в процессе исследо
ваний, выполняемых научно-исследовательскими институтами и вузами. 
Исследования, которые выполняются отраслевыми НИИ и вузами, относятся к прикладным. 

К задачам исследовательской деятельности вузов, проводимых, в частно
сти, в Московской государственной академии водного транспорта по направлению «Эксплуатация перегрузочной техники» и специальности «Наземные 
транспортно-технологические средства», относятся вопросы теории создания 
перегрузочной техники, включая различные типы кранов, конвейеров, гидродобывающих снарядов, в том числе их конструирования и технологии изготовления. Существенной  частью прикладной науки по эксплуатации перегрузочной техники являются перегрузочные процессы, включая их технологию и организацию, разработку грузозахватных приспособлений и т.д.

Большая роль отводится вопросам надѐжности и безопасности эксплуата
ции перегрузочной техники, оценки еѐ ресурса. В этом направлении ведутся 
теоретические исследования по оценке надѐжности (риска) эксплуатации, остаточного ресурса портальных и плавучих кранов, что находит практическое 
применение в разработке методических указаний по техническому диагностированию эксплуатирующийся техники с научным обоснованием норм предель