Statistička analiza eksperimenta

1.    UVOD
1.1.    Definicija eksperimenata
Eksperiment je latinska reč (experimentum) što u prevodu znači opit ili ogled. Onaj koji se bavi eksperimentom je eksperimentator. Eksperiment kao opšte priznata istraživačka metoda koristi se gotovo u svim oblastima ljudske djelatnosti. U naučnoj i enciklopedjijskoj literaturi nalazi se više različitih (manje ili više potpunijih) definicija pojma eksperimenta. Na osnovu tih izvora može se, postaviti ovakva definicija:
Eksperiment je naučno projektovan (postavljen) opit, koji obuhvata sistem operacija, algoritama i eksperimentalnih tehnika, radi ispitivanja (istraživanja) datog objekta pod tačno utvrđenim režimima i uslovima pri kojima se, kada se oni ponavljaju, dobijaju uvijek isti ili dovoljno bliski rezultati ispitivanja.
U raznim oblastima eksperiment ima različite uloge i značaj, a u osnovi predstavlja potvrđivanje ili opovrgavanje postavljene hipoteze. Pogotovo u primenjenim naukama eksperiment se naziva još inženjerski i najčešće je jedini izvor saznanja o nekoj složenoj pojavi. Eksperiment se koristi u završnom stadijumu istraživanja i tada predstavlja ključni kriterijum provjere istinitosti teorija i hipoteza. Ali eksperiment je istovremeno i metod naučne spoznaje pojava u objektivnom svijetu, jer eksperiment predstavlja izvor novih teorijskih saznanja, postavljenih na osnovu eksperimenata.
Osnovne faze eksperimenta su:
1.    faza planiranja
2.    faza izvršenja i
3.    faza analize i potvrde
Vrste eksperimenta su:
1.    laboratorijski
2.    na modelu
3.    na prototipu
4.    pogonski-terenski
1.1.1.    Teorija eksperimenta
Teorija eksperimenata obuhvata :
    Metode projektovanja eksperimenata ( matrica eksperimentalnih planova, režima i uslova eksperimenata, organizacija eksperimentalnog procesa i dr. )
    Metode projektovanja nove ili izbora postojeće eksperimentalne tehnike (mjernih, senzorskih i drugih sistema) za realizaciju projektovanih eksperimenata.
    Algoritme obrade eksperimentalnih rezultata.
    Metodologije postavljanja gnoseološke slike o datom objektu ili pojavi istraživanja u zavisnosti od polaznih ciljeva i programa istraživanja.

Pri ovome se koriste dve osnovne statističke metodologije, poznate pod imenom disperziona i regresiona analiza. Osnovni zadatak disperzione analize je određivanje signifikantnosti (značajnosti) i stepena interaktivnosti datog skupa faktora (x1, x2, … xk ) na karakteristike stanja objekta ispitivanja (y1, y2, … yk ). Disperzionom analizom se dati skup faktora prvo dijeli na dvije grupe, jednu koja bitno utiče na izlazne karakteristike i drugu čiji uticaj nije bitan na njih. Zatim se prva grupa faktora rangira po vrijednosti stepena uticaja na izlazne karakteristike. Ovaj postupak selekcije i rangiranja je od izuzetnog značaja u teoriji eksperimenata.

 
1.1.2.    Planiranje eksperimenta
Planiranje eksperimenta je metodologija koja se koristi u području analize utjicaja različitih faktora na svojstva proizvoda i procesa. Adekvatnim planiranjem eksperimenta i analizom rezultata istih olakšava se sam proces donošenja zaključka o posmatranim problemima. Takođe, sam rezultat je oblikovan u formi koja je opšteprihvaćena u istraživačkim krugovima. Generalno govoreći, upotreba planova eksperimenta je zastupljena u područjima ne samo tehnike, već istraživačkim područjima hemije, poljoprivrede, biologije i sl. Tačnije, u situacijama gdje je moguće podvrgnuti određenu pojavu kontrolisanim variranjem vrijednosti uticajnih faktora, moguće je definisati i samu veličinu uticaja.
Planiranje eksperimenata je od posebne važnosti u svim kvantitativnim istraživanjima, posebno kad se više faktora izučava istovremeno da bi se ispitali i uporedili njihovi efekti. Dio statistike koji se zove planiranje eksperimenata započeo je Fišer (R.A.Fisher). On je uveo statističke metode u poljoprivredna istraživanja da bi se kasnije njihova primjena proširila na sve eksperimentalne naučne discipline. Faza planiranja eksperimenta je najvažnija faza za dobijanje informacija. U ovoj fazi se određuju problemi i ciljevi eksperimenta, selektuju se faktori koji bi mogli značajnije da utiču na karakteristike procesa koje se prate i biraju se nivoi djestva ovih faktora. Planiranjem eksperimenata postižu se bolji rezultati sa manjim brojem ponavljanja eksperimenta, smanjuju se troškovi u procesu dobijanja određenih informacija, smanjuje dejstvo slučajnih (nekontrolisanih) faktora na rezultate istraživanja i utvrđuju zakonitosti pojedinih pojava.
Pažljivo planiranje eksperimenata je neophodno kada se koriste statističke metode za izvođenje određenih korektnih zaključaka iz raspoloživih podataka. Dobro planiran eksperiment omogućava dobijanje jasnih interpretacija i izbjegavanje komplikovanih analiza. S druge strane, mogu se dobiti pogrešni ili protivriječni zaključci kao rezultat loše planiranog eksperimenta