FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA U
ČAČKU
MASTER STRUKOVNE STUDIJE
MAŠINSTVO I INŽENJERSKA INFORMATIKA
EKSPERIMENTALNA MERENJA
SEMINARSKI RAD
PLANIRANJE EKSPERIMENTA I OBRADA REZULTATA
Student:
Profesor:
Joviša Mirosavić, 536/2021 dr Aleksandar Jovičić,mast.maš.inž
Čačak, januar 2022.godine
4
2. EKSPERIMENTALNA ISTRAŽIVANJA
U teoriji eksperimentalnih istraživanja razvijeni su različiti metodi analize i rešavanja
složenih zadataka istraživanja, kao što su:
matematičko modeliranje pojava, procesa i sistema u prostoru i vremenu,
proučavanje mehanizama pojava i procesa i
optimalno upravljanje procesima i sistemima.
2.1. Modeliranje pojava, procesa i sistema
Za modeliranje i optimizaciju realnih procesa, sistema i objekata razvijaju se i primenjuju
različiti
fizički
i
matematički modeli.
Fizički modeli
su objekti, sistemi i generisani procesi, formirani na principima teorije
sličnosti tako da sve pojave, indetifikovane na modelu, po svojoj fizičkoj prirodi odgovaraju
pojavama na realnom objektu.
Matematički modeli,
u vidu jednačina ili sistema jednačina, ss apstraktni, analitičkiiskaz
fizičkih, geometrijskih i drugih karakteristika realnog sistema. Njima se iskazuje i simulira
ponašanje realnih sistema, procesa ili objekta.
Izbor matematičkog modela je rezultat poznavanja prirode objekta, preliminarnih
istraživanja, poznavanja teorije planiranja eksperimenta, sistematske identifikacije vrste i nivoa
variranja uticajnih faktora (parametara) itd. Tačnost i kvalitet matematičkog modela ne zavisi samo
od složenosti izabrane funkcije, već i od broja intervala variranja uticajnih faktora. Tačnost se
povećava izborom većeg broja uticajnih faktora i smanjenjem intervala njihovog variranja.
Međutim, to dovodi do složenije eksperimentalne procedure, povećanja utroška resursa
(materijala, energija...) i vremena realizacije eksperimenta. Istovremeno, opštost matematičkog
modela je ograničena na intervale variranja uticajnih faktora tako da model važi za izabrani
eksperimentalni prostor.
2.2. Dizajniranje eksperimenata – DoE
Eksperimentalna ispitivanja su osnova verifikacije teorijskih istraživanja i hipoteza,
analize složenih, neistraženih, pojava i procesa, modeliranja, simulacije i optimizacije pojava i
procesa u određenoj oblasti. Eksperimentalna istraživanja su, od početne ideje do implementacije
rezultata ispitivanja, sklop kompleksnih aktivnosti koje zahtevaju i značajan utrošak raspoloživih
resursa (materijali, oprema, energija, vreme i td). Otuda je neophodno kvalitetno dizajniranje
eksperimenata i poštovanje pravila i dostignuća DoE metoda (metoda dizajniranja eksperimenata –
slika 5.2) koje obuhvataju:
Preddizajniranje eksperimenta,
Dizajniranje eksperimenta
Realizacija eksperimenta i
Obradu i analizu rezultata eksperimentalnih istraživanja.
5
U fazi
preddizajniranja eksperimenata
izvodi se sistematska teorijska analiza procesa,
ulaznih i izlaznih, zavisnih i nezavisnih veličina uticajnih na proces (slika 5.3), broja, vrste i
intervala variranja uticajnih faktora, mogućih zavisnosti veličina (vrsta, oblik matematičkih
zavisnosti), sadržaj istraživanja itd.
Dizajniranje eksperimenata
podrazumeva utvrđivanje toka (operacije eksperimenta –
opita), uslova izvođenja eksperimenta, principa realizacije eksperimenta, izbor metoda i postupka
ralizacije eksperimenata i obrade rezultata, izbor i projektovanje mernih lanaca itd.
Realizacija eksperimenata
se ostvaruje prema utvrđenom planu, programu i metodologiji
pri konstantim i strogo kontrolisanim uslovima. To podrazumeva maksimalno neutralisanje uticaja
okoline (mikroklime), sistematskih i subjektivnih grešaka itd.
Obrada, analiza i prikazivanje rezultata
je završna faza svakog eksperimenta. Plan se
zasniva na utvrđivanju svih relevantnih veličina uticajnih na proces, a pre svega kontralabilnih i
nekontralabilnih faktora (varijabli) procesa (slika 5.3).
Protokol eksperimenata se formira u vidu formulara, sveske ili obrasca na ekranu računara
(obavezno se unosi vreme, faktori, izmerene vrednosti, uslovi eksperimenta, istraživač,
napomene).
2.3. Planiranje eksperimenata
Pojave, procesi, fenomeni ili stanja tehničkog sistema se proučavaju korišćenjem
analitičkih, eksperimentalnih ili analitičko-eksperimentalnih metoda i procedura. Eksperimentalne
metode, istorijski posmatrano se zasnivaju na primeni dva različita konceptra, dve teorije
7
Deployment - QFD) identifikuju se karakteristike kvaliteta i želje kupaca, uz prethodno
utvrđiivanje parametara proizvoda i procesa.
Dizajniranje parametara
je jezgro Tagučijeve metode. Primenom Tagučijevog metoda
planiranja eksperimenata obezbeđuje se poboljšanje kvaliteta, uz istovremeno sniženje troškova.
Proizvodi i procesi se, na bazi funkcije gubitaka i odnosa signal - šum (S/N), projektuju robusnim
(neosetljivim) na poremećaje. Uticaji poremećaja se pooštravaju sve dok se smetnje ne dovedu pod
kontrolu ili eliminišu. Zato se, pri eksperimentu, variraju ključne upravljačke veličine. Iz analize
eksperimenata (primarnih efekata, varijanti, odnosa S/N, funkcije gubitaka) nalaze se optimalne
vrednosti upravljačkih veličina. Podešavanje optimalnih vrednosti dovodi do maksimalne
vrednosti odnosa signal - šum, smanjenja gubitaka i unapređenje kvaliteta. Eksperimentima
verifikacije potvrđuju se i istražuje da li odabrane vrednosti upravljačkih veličina obezbeđuju
prognozirano unapređenje kvaliteta.
U trećoj fazi,
dizajniranje tolerancija
, sledi ponovno utvrđivanje tolerancija za parametre
proizvoda i procesa kod kojih se, uprkos optimizaciji, javljaju još uvek suviše velika rasipanja.
Korišćenjem funkcija gubitaka i kvaliteta procesa kao kriterijuma izvode se korektivne mere koje
podrazumevaju primenu kvalitetnijih mašina i alata, materijala i sl., sa ciljem dalje redukcije
rasipanja.
Tagučijevi planovi obezbeđuju optimizaciju višefaktornih planova, uz značajno
smanjenje broja eksperimenata. Tako na primer, ocena uticaja 7 različitih faktora na dva nivoa
