Как избежать типичных ошибок в экспериментах?

Каждый, кто хоть раз проводил эксперименты, знает: все идеально спланировать невозможно. Сначала кажется, что достаточно зафиксировать несколько цифр — но на практике оказывается, что эти цифры противоречат друг другу, сбивают с толку и требуют пояснений.

В этой статье я поделюсь опытом проведения экспериментов, расскажу о простых, но важных принципах, позволяющих избегать типичных ошибок и получать данные, пригодные для дальнейшей работы. Эти рекомендации я сформулировал за годы работы в области вентиляции горных предприятий, однако они будут полезны и тем, кто занимается любыми другими техническими измерениями.

Эксперименты никогда не идут по плану

Я занимаюсь вентиляцией горных предприятий и постоянно сталкиваюсь недостаточностью собранной информации при проведении экспериментов. Объект наших исследований огромен. Обычно обследование занимает несколько дней, и на замеры влияют не только элементы системы, но и природные явления, связанные с атмосферой.

Часто полученные замеры противоречат друг другу. Ошибочно мы считаем систему стабильной, а замеры, проводимые в течение нескольких дней, отражают изменения: за это время изменяются параметры работы вентиляторов, открываются или закрываются вентиляционные двери, меняется атмосферное давление.

Поэтому при проведении измерений важно записывать время каждого замера. Время поможет позже связать замеры с журналами работы оборудования, другими событиями, изменяющими состояние системы, а также с графиком атмосферного давления, полученным с местной метеостанции.

Такой принцип полезен при проведении любых измерений. Даже если кажется, что эксперимент длится так мало, что время не окажет влияния — всегда записывайте его. Ведь именно сведения о времени помогают связывать замеры с дополнительной информацией и правильно их интерпретировать.

Сбор информации при проведении экспериментов

Когда проводишь эксперимент, важно собирать дополнительную информацию о работе оборудования. Режим работы любой системы зависит от установленной в ней техники: вентиляторов, калориферных установок, насосов, погрузочно-доставочных машин.

Обязательно записывайте модель оборудования или лучше фотографируйте табличку, которую производитель крепит к устройству с названием модели и основными характеристиками. По этой информации можно легко найти документацию и сравнить полученные замеры с паспортными параметрами.

Если оборудование оснащено системой контроля или управления, запишите или сфотографируйте текущие показания датчиков. Это позволит дополнительно проверить, соответствует ли режим работы оборудования текущему энергопотреблению и состоянию системы.

Собранная дополнительная информация поможет выявить ошибочные измерения и снизить влияние погрешностей в корректных данных.

Запись замеров

Для записи замеров часто используются схемы шахт с уже нанесенной на них информацией: местами установки оборудования и стрелками, указывающими направление движения воздуха, а иногда даже с замерами расхода воздуха, выполненными работниками рудника.

Хорошей практикой при записи измерений является нанесение на схему своих стрелок с направлением потока, даже если оно совпадает с отображенными на схеме. При дальнейшей обработке замеров отсутствие нарисованной стрелки будет восприниматься как ситуация, когда направление воздуха не оценивалось.

По этой логике полезно отмечать или обводить на схеме вентиляторы или перемычки, обнаруженные в ходе обследования. Это позволит при анализе полученных результатов точно знать, что эти объекты присутствуют в системе, а не только отображены на схеме.

Отсутствие информации и ноль — это разные вещи

Эта мысль очевидна для программистов. Отсутствие данных в программировании даже обозначается специальным значением Null. Но на бытовом уровне ноль ассоциируется с тем, что искомая величина отсутствует.

При замерах воздуха в руднике часто встречаются ситуации, когда воздух не движется. В таких случаях на схеме нужно явно указать ноль. Если оставить место пустым, то позже при обработке замеров будет сложно вспомнить, почему здесь ничего не написано. Неясно, это действительно отсутствие воздуха или замер просто не производился.

Ноль бывает разным

Эта мысль очевидна для математиков, но при проведении экспериментов не всегда приходит в голову.

Рассмотрим простой пример: измерение скорости воздуха в горной выработке. Представим, что мы замерили скорость анемометром и получили ноль. Но означает ли это, что воздух вообще не движется? Если внимательно прочитать инструкцию к прибору, можно обнаружить, что паспортная точность обеспечивается только в диапазоне от 0,2 до 40 м/с. То есть реальная скорость воздуха может быть любой от 0 до 0,2 м/с.

Теперь учтем сечение выработки. Если оно 10 м², то расход воздуха может достигать 2 м³/с, а при сечении 25 м² — уже до 5 м³/с. Согласитесь, не такой уж это и ноль.

Понимание того, что ноль на приборе не всегда является абсолютным нулем, позволяет точнее интерпретировать результаты замеров и нивелировать погрешности.

Ничего не произошло — тоже событие

В ходе экспериментов на руднике постоянно происходят события, которые меняют состояние системы. Обследования больших систем напоминают работу сыщика, и в этой связи уместна цитата из рассказа Артура Конан Дойля «Серебряный».

— Есть ещё какие-то моменты, на которые вы посоветовали бы мне обратить внимание?
— На странное поведение собаки в ночь преступления.
— Собаки? Но она никак себя не вела!
— Это-то и странно, — сказал Холмс.

Внимательно фиксируйте даже отсутствие событий: это расскажет о состоянии системы не меньше, чем произошедшее изменение. В новый день измерений лучше сделать замер в тех местах, где они проводились в предыдущие дни. Одинаковые результаты в таких местах говорят о том, что за ночь в системе не произошло изменений и можно продолжать эксперимент.

Проводя замеры, важно каждый раз предполагать, какой результат должен получиться. Если замер не оправдал ожиданий, стоит задуматься, какие изменения в системе могли на это повлиять.

Постоянный анализ ожиданий и результатов позволит уменьшить количество ошибочных замеров, облегчить дальнейшую обработку измерений и развить оперативное критическое мышление экспериментатора.

Чек-листы

При проведении экспериментов полезно заранее готовить чек-листы. Они помогают не упускать важные детали и избегать типичных досадных ошибок. Учитывая опыт из предыдущих постов, составим чек-лист для проведения замеров.

1. Запросить схемы обследуемой системы и паспорта объектов, входящих в неё.
2. Перед каждым днем замеров спланировать маршрут и конкретные точки измерений.
3. Начинать каждый новый день измерений с нескольких контрольных точек, измеренных ранее, для сопоставления результатов.
4. Указывать время выполнения каждого измерения.
5. Отмечать на схеме все выявленные объекты и характеристики системы.
6. Для всех обнаруженных объектов фиксировать модель и текущие параметры работы для последующего сравнения с паспортными значениями.
7. При замере нулевых величин дополнительно замерять и фиксировать все сопутствующие параметры.
8. По завершении эксперимента собрать из журналов информацию о режимах работы оборудования за весь период измерений.

Для типовых обследований и повторяющихся экспериментов чек-листы можно и нужно расширять, учитывая специфику, прошлый опыт и часто возникающие ошибки, а также необходимость сбора дополнительных сведений о системе.