第五讲 技术试验
一、技术试验的实质及其特点
（1）技术试验的实质
1）实验与试验的联系与区别
自然科学的基础理论是以科学实验为基础的，其研究方法是围绕实验而展开的；技术科学和工程技术的研究则以试验为中心，围绕试验方法而展开的。
实验和试验是科学技术领域中两种不同的实践活动，二者既有共性，又有区别。从认识论的一般原则看，试验和实验的共性主要表现在：两者都要变革现实，都是尝试性、探索性的实践活动，都是认识的来源和检验认识真理性的标准。
但是科学和技术毕竟是两个不同的领域，因此，实验与试验作为分属这两个领域的不同实践活动，其区别也是显然的。从整个认识过程来看，实验主要表现为由实践上升为理论的科学认识过程，它是为了发现而探索；而试验则主要是由理论转化为实践的技术创造过程，它是为了应用或发明而探索。从研究对象来看，实验研究的是自然客体；而试验研究的主要是人工－自然客体。从活动的目的来看，实验是为了探索自然过程和自然规律；而试验则是为了运用自然规律建立人工－自然过程和人工－自然客体。所以，试验与实验之间是有一定区别的
2）技术试验的实质
所以，技术试验是技术研究中以科学原理为指导、以应用为目标的探索性的社会实践活动。技术试验是贯穿于从技术原理构思、设计、研制到投产的技术活动全过程的重要方法。科学理论和技术构思必须经过试验才能物化为技术成果；技术成果也必须经过试验才能转化为现实的生产能力。科学地掌握试验方法，是当代工程技术人员的基本素养之一。
3）技术试验的种类
在技术活动过程的不同阶段上，有着不同的技术试验类型。如果仅从一项新设备的研制过程来看，它可以大体上分为科研、中间试验、生产使用三个阶段。据此，技术试验也应相应地分为实验室试验、中间试验以及生产试验三个类型。
① 实验室试验 实验室试验是在科研阶段为了检验技术原理的科学性和可行性，而对原理性样机所进行的试验。科研阶段的主要任务是确定研制目标方案，构思技术原理。要完成这一任务，除了充分调动和发挥技术主体的创造性以外，还需要实验室试验作为必要的手段。技术方案是否可行，技术原理是否科学，只有在实验室试验中才能予以难验证和确定。
②中间试验 生产中的许多实际问题，如工艺问题、材料问题、社会经济效益问题等都不可能通过实验室试验来解决。要使实验室中取得的成果变成实用化的商品，中间必须做大量的“转化”工作。中间试验就是为了实现这种转化而进行的一种技术试验。与实验室试验不同，中间试验不是单机试验，而是小批量的实地扩大试验。因此，它需要更多的人力、物力和财力，而且其时间周期也较实验室长。
③生产试验 在一般情况下，一项技术成果通过中间试验就可以直接应用到生产中去。但是，对于那些技术上复杂、生产规模大的全新工艺发展过程，在完成中间试验后，还必须经过以生产为主而又带有试验性质的生产试验，才能最后定型。与前两类试验不同，生产试验的重点是放在工艺研究上，它的目的是要使产品具有良好的工艺性。
（2）技术试验的特点
技术试验具有两个方面的特点：1）试探性与验证性的统一。一般认为，试验的验证性比较突出，因为在多数情况下，试验总是为了验证事物的有关规律、过程或功能特性是否能满足或实现某种特定的需要。许多想法写在纸上看似可行，但一付诸试验，问题就来了，就会出现一些毛病，需要逐一判断。这就是验证性。但是，这种验证性试验又具有明显的试探性。这种验证性与试探性的统一，表现在具体试验研究的过程中，每一阶段的验证性试验同时又是对下一阶段的试探性研究；而每一阶段的试探性试验同时又是对上一阶段的试验结果的进一步验证。2）纯化性与综合性的统一。技术试验的试探性，决定了在试验中要象实验室研究一样，对试验研究对象进行适当的纯化。然后，在进行纯化研究的基础上，又要逐步把纯化时撇开的多种因素一一综合起来。
二、·技术试验的程序和原则
贯穿于技术活动全过程的试验，不论在技术活动过程的哪个阶段上，都需要经过试验设计、试验实施和试验综合评价等步骤。
（１）试验设计
试验设计属于试验准备的主要内容。它的主要任务是选择试验方法，建立物理模型、数学模型及条件控制状态；提出试验的各项精度要求；确定试验与操作步骤。归纳起来，实验的内容一般包括以下三方面：
1） 试验方法设计。进行一项试验，首先要确定试验事物的特性，这些特性与哪些表现状态和存在条件有关，在许多条件中哪些是主要的，哪些是可以忽略的。也就是说，首先建立试验对象的物理模型，然后考虑这种物理模型是否可以用某种类型的数学模型来表达，由此确定试验规模、测试方法和分析手段等。即根据试验对象来安排试验方法。
2） 试验精度设计。即提出试验的各项精度要求。任何试验结果都需要某种可信程度或准确程度。为了保证这种准确性，测量仪器与测量方法、条件的变化范围、非试验条件的允许变化范围都要有一定的精度要求。要在试验之前作出明确的量值估计，才有可能使试验结果达到预期的效果。
3） 试验程序设计。试验的各种条件、因素和状态一般都较多而且复杂，需要对其进程和操作步骤作出最优安排。这种程序设计，按照试验中考察的因素个数与试验安排层次的不同，可将试验设计分为：单因素试验设计和多因素试验设计；同时试验设计和序贯试验设计。
无论采用那种试验设计，都应注意以下原则：
1） 选择的试验点要具有代表性、典型性。安排的若干试验应能反映试验的种种情况，或能反映试验所能出现的最佳效果。
2） 尽量孤立因素和固定条件，抓住主要矛盾、主要关系。设计中应努力排除次要的偶然的因素的干扰，突出一个或几个主要因素，抓住主要关系安排试验，以便减少试验次数而不影响试验效果。
（2）试验实施
完成了技术试验设计之后，试验程序的第二个步骤是按照设计要求，进行具体操作实施。
1）实验室试验的过程实施是一个试探性的制作过程，有时需要对多种方案进行实施，以择其优，有的需要反复多次，以求其精。
2）中间试验过程实施的基本形式则是技术特性显示。
根据不同的试验要求和条件，常用的技术特性显示方法有模拟显示方法和实际显示方法。
模拟显示方法的基本点是：采用模拟的手法造成一些尽量接近真实状态的条件，从而使得新技术的特性在这种条件下尽量表现出来。如以动物病理模拟人的病理以显示新药品的效力；以船模模拟实船；建造“风洞”以模拟高空的气流；以飞机模型模拟新型飞机等。
实际显示方法是将实物置于较小规模的真实生产条件下，采取必要的手段和措施，使新技术的特性得以显示，以达到试验研究的目的。这种方法与实际生产的区别就在于它是带研究性质的生产。实际显示既不具有实际生产的目的，也不具有实际生产的条件、规模、要求、任务等因素。
运用模拟方法和实际方法必须共同遵守的方法论原则是：
① 实用性原则。技术研究开发的目的是为了生产，为了实用。技术试验中无论是运用模拟显示方法还是实际显示方法，首先都必须坚持实用性原则，力求显示出新技术的实用性能。
② 可行性原则。模拟显示和实际显示方法都要解决实践可行性问题。它要求调查各种事实，以使技术特性的体现安排得切实可行；进行创造性思考，使技术特性的显示进行得切实可行。解决可行性问题是完成实验的必要条件。
③ 可测性原则。及时准确无误地详细全面记录技术特性显示中所出现的预料事件和意外现象；充分利用现代测试技术发展所能提供的先进测试手段，使得技术特性显示时各种复杂条件的表现状态以及由此反映的事物特性都能准确地记录、显示出来，为下一步的综合评价提供依据。
（3）试验综合评价
技术试验综合评价的任务任务就在于对数据和资料进行整理和分析，根据不同的要求和标准，对被试验的对象进行综合评价，从而为下一步的工作提供决策依据。试验综合评价的方法很多，一般分为两类：试验数据处理和分析方法及技术－经济－社会效益综合评价方法。
1） 试验数据处理和分析方法
试验数据处理和分析方法，是对大量的观测数据进行整理，从而获得试验因素、条件与性能指标间的规律性认识。为此目的，需要运用专门的处理和分析试验数据的数学方法。常用的方法有：极差分析法、图解法、回归分析法、方差分析法。
2）技术－经济－社会效益综合评价方法
技术－经济－社会效益综合评价方法是在试验数据整理分析的基础上，综合社会、经济和人的因素来分析考察的方法，具体实施有多种不同的形式，主要的几种有：
① 检查表法将试验所获得的参数与以往试验所得的相应参数和该次试验设计的技术参数列表对应检查，做出优劣评价。
②技术经济分析法以经济指标做尺度，定量地表示技术特性显示出来的效益性，根据费用与效益或功能与成本的对比分析进行评价。这是一种定量的评价方法，客观性较强，而且实用性高。具体又有效益费用分析法、功能成本评价法等。
③ 系统分析方法应用系统的观点与方法进行综合评价。包括由检查表评价法、经济分析法、社会后果评价法、系统动力学法等不同方式的组合形成的评价方法。这是对试验进行的全面性评价方法。
根据试验的对象、内容、方式和要求，这一类的具体评价方法各有不同，然而它们都必须共同遵守以下的方法论原则：
1）综合性原则。综合性原则要求通过试验的结果，全面综合考虑社会的需要、成本、生产条件、设备、材料来源、功能要求、竞争等所有的因素和条件。
2）现实性原则。综合评价方法着重在实际决策中应用，通常用于试验的安排、进展过程、成果鉴定的评价论证等。因此，具有很强的针对性和现实性。
3）客观性原则。综合评价方法要坚持客观真实性，反对片面性、局限性、虚假性以及脱离实际情况去评价试验结果。
三、技术试验的方法和作用
（1）技术试验的方法
技术试验的方法很多，总的分单因素试验和多因素试验两大类。
1）单因素试验
① 0.618法。它亦称黄金分割法、迭纸条法。应用这种方法，每次可以去掉试验范围0.382部分，因此可以用较少的试验次数迅速找到最佳点。
② 分数法。分数法与0.618法的区别只是用分数 代替0.618和0.382来确定第一、二试验点，以后步骤相同。
③ 平分法（亦称对数法）。平分法的设计步骤是总在试验范围的中点安排试验。
④ 分批试验法。将全部试验分几批进行，一批同时安排几个试验。
⑤ 抛物线法。它适合于试验结果呈单峰函数的情况。
2）多因素试验
① 降维法。主要用于双因素试验，具体做法是把其它因素固定，只对一个因素进行优选的方法。
② 陡度法。就是利用已得的试验结果，算出各试验点的陡度，然后沿陡度最大的方向取点做试验的方法（所谓陡度，是指两点间的试验结果之差与这两点间的距离之比）
③ 正交设计法。当试验考察的因素在三个或三个以上，又不知道哪些因素对指标有影响的情况下，可采用正交设计法。正交设计法是借助现成的正交表，科学地安排试验和进行数据处理的方法。
④ 模拟试验和相似方法。对技术研究成果的试验分析和试验检验，有多种多样的情况，因而就有多种多样的试验：工业试验、半工业试验、小型试验、中间试验等。对于大型设备的研制，模拟试验是必不可少的。为了使模拟试验获得准确数据，必须利用模型。这种力求用模型去仿效原型的试验叫模拟试验。在这种试验中用来保证合理模拟的方法叫做相似方法。
（2）技术试验的作用
试验的性质和特点决定了它在技术活动全过程中的重要作用，包括：
1）桥梁作用。在科技成果转化为直接生产力的过程中，技术试验好比科研通向生产之间的桥梁。试验为技术概念提出、技术原理构思、设计和试制以及大批量生产提供必要的实践基础和事实根据。
如在技术原理的构思中，除了运用构思方法和创造技术外，离不开试验。这时试验的桥梁作用体现于，它依据某些科学原理、技术规律、技术经验，通过实验室的试验研究，提出有关技术原理构思的某些假设、设想；然后，再根据这些设想或假设，构造试验模型；通过对模型试验研究，形成比较完整的技术原理构思。
又如，在技术试验阶段，试验的桥梁作用在于寻找将技术可能性转化为现实性所需要的条件，扩大试验规模，设计半生产试验，将实验室的工艺过程加以放大，暴露出将来在生产中可能出现的种种问题，并找到解决这些问题的技术关键等。通过对半生产试验的研究，解决社会生产的可行性问题，包括工艺技术可行、设备材料可行和社会经济可行，为正式投入社会生产提供准备。
在技术活动的各个阶段，虽然试验研究的具体途径和所采用的方法不尽相同，但试验所具有的桥梁作用则是基本一致的。
2）反馈作用。在技术研究开发过程中，试验研究决不是被动的、僵化的，而是具有能动的反馈作用。每一阶段的试验研究，不时地向上一阶段的试验工作提出新的技术课题，促使技术研究成果完善。通过试验研究，澄清原设计方案中某些尚不清晰或不可靠的认识，把属于原理性的、前一阶段试验工作所应解决而未解决的问题，再反馈回去，重新进行研究和补充试验，及时纠偏，直到符合生产实际要求。
3）验证作用。在技术原理构思阶段，根据所提出的技术原理或根据该技术原理所提出的总体方案，构造试验模型，由对模型的试验研究验证该技术原理及相应备选方案的科学性及技术、经济等方面的可行性，使技术原理的构思和备选方案得到修改、补充和完善。
4）示范作用。试验的实施操作，既是为了让技术研究人员观测，以进一步发现、研究并解决将来在生产中可能出现的问题，为新成果的推广应用铺平道路，也是向生产管理人员示范，培训操作人员和技术人员，使他们掌握新技术特性和生产工艺过程的特点，积累生产和管理经验；同时，实际操作还是向新技术成果的接受者示范，通过试应用和试销售，以了解产品所具有的新的功能特性。同样，虽然试验在各个不同的技术研究阶段进行，其具体途径和方法不是完全相同的，但其示范作用却是都具有的。