Laboratorijos sauga, atkuriamumas ir tyrimų pakartojimas

Pradėti nuo užduoties ir jos pavojų

Laboratorinė užduotis prasideda nuo klausimo, siūlomos veiklos ir žmonių, kuriuos ji gali paveikti. Pavojus – tai šaltinis arba situacija, galintys sukelti žalą. Rizika susijusi su žalos tikimybe ir sunkumu konkrečiomis aplinkybėmis, atsižvelgiant ir į esamas rizikos valdymo priemones. CERN rizikos vertinimo gairėse šios sąvokos atskiriamos. Judantis įrenginys, galimas jo sąlytis su žmogumi ir šio sąlyčio aplinkybės yra skirtingi vertinimo aspektai.

Mūsų pradiniame planavimo pavyzdyje klasė nori apskaičiuoti vežimėlio vidutinį greitį pagal jau pateiktą duomenų įrašą. Norint atsakyti į šį klausimą, reikia išanalizuoti įrašą, o ne paleisti kitą vežimėlį. Kitas klausimas – ar naujai išmatuotas važiavimas duoda su ankstesniu rezultatu suderintą rezultatą – pareikalautų naujų duomenų ir atskiro patvirtinto plano. Pakeitus veiklą, keičiasi ir tai, ką reikia įvertinti.

Visi toliau pateikti skaitinių duomenų įrašai yra išgalvoti ir pateikiami kaip tikslūs mokomieji pradiniai duomenys. Šiai pamokai nebuvo atliktas joks fizinis bandymas. Planavimo pavyzdžiuose nurodoma, kokios informacijos trūksta ir kokius sprendimus reikia priimti; jais nepatvirtinamas įrenginio tinkamumas ir nenustatoma universali eksploatavimo riba.

Pasirinkite kontrolės priemones prieš pradėdami

NIOSH kontrolės priemonių hierarchijoje iš eilės išdėstyti penki metodai: pašalinimas, pakeitimas, techninės apsaugos priemonės, administracinės priemonės ir asmeninės apsaugos priemonės (AAP). Lentelėje nurodyta jų paskirtis planuojant. Pakaitalą taip pat reikia įvertinti; vien tai, kad jis kitoks, neįrodo, kad jis saugesnis.

Nagrinėjant įrašų analizės klausimą, atsisakius naujo vežimėlio paleidimo, išvengiama šio siūlomo paleidimo keliamų pavojų poveikio. Tai neįrodo, kad išnyko visi su analizės veikla susiję pavojai, ir negali suteikti naujų eksperimentinių duomenų. Jei būtinas fizinis bandymas, atsakingi vietos darbuotojai turi įvertinti tikrąją eksperimentinę sąranką ir kontrolės priemones.

Kontrolės priemonės turi veikti praktiškai. Priminimas nepakeičia tinkamo apsauginio barjero, o AAP neįrodo, kad likutinė rizika yra priimtina. Ši hierarchija nesuteikia mūsų aparatūrai jokios skaitinės saugos garantijos.

Patikrinkite pasirengimą ir iš naujo įvertinkite pokyčius

Prieš atlikdami tikrą bandymą, vadovaukitės institucijos patvirtinta tos veiklos procedūra, išklausykite privalomus mokymus ir užtikrinkite reikiamą priežiūrą. Žinokite, į ką kreiptis ir kokia vietoje išmokyta veiksmų ekstremaliosios situacijos atveju tvarka. Japonijos JSPS mokslinių tyrimų sąžiningumo vadove patariama planuoti kartu su patyrusiais mokslinių tyrimų ir techniniais darbuotojais bei patikrinti institucijos saugos taisykles. Šios pamokos perskaitymas negali pakeisti tokio pasirengimo.

Nagrinėjamame planavimo atvejyje siūloma vežimėlio įranga buvo pakeista, jos apsauginis barjeras pažeistas, o besimokantieji nežino patvirtintos jos naudojimo procedūros. Šios aplinkybės yra priežastys nepradėti siūlomos veiklos. Praneškite apie jas atsakingam mokytojui arba saugos darbuotojams, kad jie iš naujo įvertintų situaciją; nesiimkite savavališko remonto ir neapeikite apsaugos priemonių, kad gautumėte sutampantį rezultatą.

Ankstesnis sėkmingas bandymas nepatvirtina, kad pakeista įranga yra parengta darbui. Kitoks priedas, kita vieta ar kitas žmogus gali pakeisti veiklos keliamus pavojus arba jų kontrolės priemones. Tyrimo replikacijos plane būtina atsižvelgti į vietoje patvirtintus saugos reikalavimus ir dokumentuoti svarbius metodo pakeitimus.

Įvardykite, kas kartojama

Taikome Nacionalinių akademijų nurodytą terminų vartojimo susitarimą: skaičiavimų atkuriamumas reiškia suderintų rezultatų gavimą naudojant tuos pačius pradinius duomenis, skaičiavimo metodus ir kodą bei tas pačias analizės sąlygas. Bandant replikuoti tyrimą, tas pats mokslinis klausimas nagrinėjamas naudojant naujai gautus duomenis. Skirtingose bendruomenėse terminai vartojami nevienodai, todėl nurodykite, kokio susitarimo laikotės.

Ši terminų vartosena skiriasi nuo metrologijos terminijos. Matavimo pakartojamumas – tai matavimo glaudumas pakartojamumo sąlygomis, kai per trumpą laikotarpį naudojama ta pati procedūra, dirba tie patys operatoriai, naudojama ta pati matavimo sistema ir matuojama toje pačioje vietoje. Matavimo atkuriamumas – tai matavimo glaudumas atkuriamumo sąlygomis, kai matuojama skirtingose vietose, dirba skirtingi operatoriai ir naudojamos skirtingos matavimo sistemos; nurodykite, kas pasikeitė ir kas liko nepakitę.

Rezultato kopijavimas nėra naujas matavimas. Pakartotinai atlikus analizę galima patikrinti pateiktus skaičiavimus, tačiau vien to nepakanka nei pirminiam matavimo prietaisui patikrinti, nei fizikos dėsniui nustatyti. Taip pat vien dviejų bandymų nepakanka išsamiam matavimų glaudumo ar neapibrėžties įvertinimui.

Perskaičiuokite tą patį pateiktą įrašą

Prieš skaičiuodami apibrėžkite vežimėlio judėjimą apibūdinantį dydį. Sekite vieną pažymėtą vežimėlio tašką, naudokite vieną nekintamą koordinačių ašį, kurios teigiama x kryptis sutampa su nurodyta judėjimo pirmyn kryptimi, ir išlaikykite abi laiko žymas. Vidutinį greitį per baigtinį laiko intervalą apibrėžkite taip: v̄ = (x₁ − x₀)/(t₁ − t₀), kai t₁ > t₀. Skaitiklis yra poslinkis su ženklu, o vardiklis – praėjęs laikas.

Įraše A pateikta x₀ = 200 mm laiko momentu t₀ = 0 s ir x₁ = 800 mm laiko momentu t₁ = 2 s. Kadangi 1000 mm = 1 m, poslinkis yra 600 mm = 0.600 m. Taigi v̄_A = 0.600 m / 2 s = 0.300 m/s. Šie skaitmenys mūsų pavyzdyje nusako tiksliai sutartas įvesties reikšmes, o ne prietaisui deklaruojamą matavimų glaudumą.

Šį pateiktą metodą pažymėkite CART-AVG-v1. Kitas analitikas gali naudoti tuos pačius išsaugotus pradinius duomenis, vienetų perskaičiavimą ir metodą rezultatui patikrinti. Išsaugokite pirminį įrašą, o kiekvieną pataisą užregistruokite atskirai. Du galiniai taškai neleidžia nustatyti, ar greitis buvo pastovus, ir neparodo viso nueito kelio ilgio; apskaičiuotas dydis yra vidutinis greitis per laiko intervalą, o ne momentinis greitis ar pagal nueitą kelią nustatytas vidutinis greičio modulis.

Palyginkite naujus duomenis pagal nurodytą taisyklę

Palyginimui iliustruoti pateikite du papildomus išgalvotus įrašus B ir C tam pačiam pažymėto taško judėjimo dydžiui, tai pačiai nekintamai ašiai ir 2 s laiko intervalui. Pradinės padėtys skiriasi ir lieka aiškiai nurodytos; nelaikome, kad dėl to visos fizinės sąlygos yra lygiavertės. Lentelėje pateikti tikslūs aritmetiniai skaičiavimai. Šios žymos apibūdina mokomuosius pradinius duomenis, o ne tikrus pakartojimo tyrimus.

Prieš nagrinėdami B ir C, nustatykite šį pradinį, tik šiai užduočiai taikomą kriterijų: vidutinius greičius per laiko intervalą šioje užduotyje laikykite suderamais, kai |v̄_new − v̄_A| ≤ 0.020 m/s. Vertikalūs brūkšniai žymi neneigiamą skirtumo modulį; simbolis ≤ apima ir lygybę. Ši riba yra mokymo tikslais pasirinkta reikšmė, o ne matavimo neapibrėžtis, pasikliovimo lygmuo ar bendroji eksperimentinių rezultatų suderinamumo taisyklė.

B nuo A skiriasi 0.010 m/s, todėl atitinka nurodytą kriterijų. C skiriasi 0.030 m/s, todėl jo neatitinka. Šie palyginimai susiję tik su nurodytomis greičio vertėmis ir kriterijumi. Vertinant tikrą eksperimento pakartojimą būtina atsižvelgti į mokslinį klausimą, pasikeitusias sąlygas ir pagrįstą informaciją apie neapibrėžtį; ši supaprastinto pavyzdžio riba nesuteikia jokių tokių statistinių įrodymų.

Patikrinkite, ką gali ir ko negali parodyti rezultatų sutapimas

Rezultatai gali sutapti net padarius tą pačią klaidą. Atskiru tikslaus apdorojimo atveju pagal pateiktame įraše nurodytą teisingą formulę gaunama 0.300 m/s. Abu analitikai klaidingai padaugina šį rezultatą iš to paties bedimensio daugiklio 1.10 ir kiekvienas gauna 0.330 m/s. Jų rezultatų skirtumas lygus nuliui, tačiau kiekvienas rezultatas nuo nurodyto teisingo skaičiavimo rezultato skiriasi 0.030 m/s. Šis kontrpavyzdys įrodo, kad vien rezultatų sutapimas nepatvirtina jų teisingumo.

Nacionalinės akademijos taip pat teigia, kad net griežtai laikantis metodikos atlikto ir skaidriai aprašyto tyrimo rezultatų gali nepavykti atkartoti. Nesutapimas yra priežastis aiškintis; savaime jis nei nurodo priežastį, nei patvirtina sukčiavimą.

Patikrinkite įvesties duomenų tapatumą, matavimo vienetus, formulę, apdorojimo versiją ir faktines eksperimento sąlygas. Nepaaiškintas pokytis gali būti svarbus, tačiau nepriskirkite jam priežasties be įrodymų. Išsaugokite nesutampančius rezultatus ir paaiškinkite bet kokius duomenų pašalinimus ar pataisymus. Jei, jau pamatę rezultatus, pasirinktumėte tik tuos bandymus, kurių rezultatai sutampa, atsakytumėte į kitą klausimą nei tas, kuris buvo iškeltas pradiniame palyginime.

Aprašykite bandymą ir jo ribas

Nurodykite, ar perskaičiavote esamus duomenis, ar gavote naujų, kokį klausimą tikrinote, kurias sąlygas išlaikėte ar pakeitėte ir kaip apskaičiavote rezultatą. Mūsų įrašuose išsaugokite pažymėtą tašką, ašį, laikus, matavimo vienetus, apdorojimo metodą, vietinį palyginimo kriterijų ir visas lygintas vertes. Neaprašykite mūsų išgalvotų įvesties duomenų kaip atliktų eksperimentų.

Atskirkite tai, kas užfiksuota įraše, nuo savo interpretacijos. JSPS vadove aptariami išsamūs tyrimų įrašai, atsekami taisymai ir faktinių įrašų atskyrimas nuo idėjų ar išvadų. Pastaba, kad C neatitiko mūsų kriterijaus, skiriasi nuo teiginio, kad skirtumą sukėlė konkretus prietaisas.

Įrašas, kurį galima audituoti, palengvina teiginio patikrą, tačiau savaime nepadaro jo teisingo. Nurodykite neišspręstus apribojimus, įskaitant dar neįvertintą informaciją apie neapibrėžtį. Kitoje pamokoje „Moksliniai įrašai, duomenų valdymas ir atvirasis mokslas“ išsamiau nagrinėjamas įrašų organizavimas ir atsakinga jų priežiūra.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Judantis įrenginys gali kliudyti šalia esantį žmogų. Apsauginis barjeras pažeistas, o patvirtinta procedūra neprieinama. Įvardykite pavojų, vieną galimą žalą sukeliantį įvykį ir tinkamą kitą planavimo žingsnį.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Judanti įranga yra galimas žalos šaltinis; žmogų sužalojantis sąlytis yra galimas žalingas įvykis. Nepradėkite siūlomos operacijos; praneškite apie pažeistą apsaugos priemonę ir trūkstamą procedūrą, kad juos įvertintų kompetentingi vietos specialistai.

   Rizika priklauso nuo konkrečios veiklos, žmonių ir kontrolės priemonių. Šie faktai neleidžia nustatyti skaitinės tikimybės ar priimtinos rizikos. Priminimas būti atsargiems neatstoja trūkstamo vertinimo.

2. Pateiktame tiksliame įraše nurodyta, kad toje pačioje fiksuotoje ašyje x₀ = 150 mm laiko momentu 1 s, o x₁ = 750 mm laiko momentu 4 s. Koks yra vidutinis greitis per šį baigtinį laiko intervalą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   v̄ = +0.200 m/s.

   Δx = 750 mm − 150 mm = +600 mm = +0.600 m, o Δt = 4 s − 1 s = 3 s > 0 s. Padaliję gauname +0.200 m/s. Vien intervalo galiniai taškai nenusako greičio kiekvienu laiko momentu.

3. Analitikas P iš naujo apdoroja tuos pačius išsaugotus įvesties duomenis, naudodamas užfiksuotą apdorojimo versiją. Tyrėjas Q surenka naujų duomenų pradiniam moksliniam klausimui nagrinėti. Kuris veiksmas pagal mūsų apibrėžtą terminiją tikrina skaičiavimų atkuriamumą, o kuris yra bandymas pakartoti tyrimą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   P atliekamas pakartotinis skaičiavimas tikrina skaičiavimų atkuriamumą; Q tyrimas su naujais duomenimis yra bandymas pakartoti tyrimą.

   Skirtumą lemia įvesties duomenys ir klausimas, o ne tai, ar pasikeitė tyrėjo vardas. Nė vieno veiksmo sėkmė nėra savaime garantuota, o terminus būtina apibrėžti, nes kitos bendruomenės gali taikyti kitokias vartojimo taisykles.

4. Tarkime, kad įraše D nurodyta pradinė padėtis 0.240 m laiko momentu 0 s ir galutinė padėtis 0.880 m laiko momentu 2 s. Ar jis atitinka tą pačią vietinio palyginimo sąlygą, kai A = +0.300 m/s, o riba yra 0.020 m/s, įskaitant ribinę vertę?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Taip: v̄_D = +0.320 m/s, o skirtumas yra lygiai 0.020 m/s.

   Poslinkis yra +0.640 m, todėl padaliję iš 2 s gauname +0.320 m/s. Sąlygoje vartojamas ženklas ≤, todėl lygybė sąlygą tenkina. Ši tiksli mokymui skirta slenkstinė vertė nėra teiginys apie neapibrėžtį ar pasikliovimo lygmenį.

5. Du analitikai nurodytą teisingą rezultatą 0.300 m/s padaugina iš klaidingo bedimensio daugiklio 1.10. Koks yra jų rezultatų tarpusavio skirtumas ir kiek kiekvienas jų skiriasi nuo nurodyto skaičiavimo rezultato? Ar rezultatų tarpusavio sutapimas įrodo jų teisingumą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Abiem atvejais gaunama 0.330 m/s. Šių rezultatų skirtumas yra 0 m/s; kiekvienas jų yra 0.030 m/s didesnis už nurodytą rezultatą. Rezultatų sutapimas neįrodo jų teisingumo.

   Daugiklis nekeičia greičio matavimo vieneto, bet pakeičia vertę. Ta pati duomenų apdorojimo klaida gali vienodai paveikti abu rezultatus, todėl vien jų palyginimas šios klaidos neatskleidžia.

6. Įrašas C neatitinka vietinio kriterijaus. Siūlomoje ataskaitoje paliekamas tik B ir teigiama, kad pakartotinis tyrimas įrodė vežimėlio judėjimo dėsnį. Ką reikia pataisyti?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Pateikite ir B, ir C bei pradinį kriterijų, nurodykite, kad pradiniai duomenys yra išgalvoti, ir išvadą apribokite nurodytu vidutinių greičių per laiko intervalą palyginimu. Nenustatytas joks dėsnis ir nepatvirtinta, kad atliktas empirinis tyrimo pakartojimas.

   Rezultatas neatskleidžia nesutapimo priežasties. Išsaugokite pradinius duomenis ir atskirai paaiškinkite visus pagrįstus duomenų atmetimus ar pataisymus; po peržiūros atrenkant sutampančius rezultatus, pakeičiamas pradinis palyginimas. Pamokos planavimo pavyzdys taip pat nesuteikia leidimo atlikti tolesnių fizinių bandymų.

Ką verta įsidėmėti

• Įvertinkite realią veiklą, žmones ir rizikos valdymo priemones; pavojus ir su juo susijusi rizika yra skirtingos sąvokos.
• Rizikos valdymo priemonių hierarchija padeda planuoti prevenciją, o pakeitus bandymo sąranką gali prireikti pakartotinio kompetentingo įvertinimo.
• Nurodykite, ar pakartojimas reiškia perskaičiavimą naudojant tuos pačius pradinius duomenis, ar to paties klausimo tyrimą naudojant naujus duomenis.
• Matavimų pakartojamumas ir matavimų atkuriamumas yra glaudumo sąvokos, kurioms taikomos apibrėžtos sąlygos, o ne analizės kopijavimo sinonimai.
• Tikrindami rezultatą išsaugokite matavimo vienetus, sekamus taškus, laiko intervalus, duomenų apdorojimo metodus ir palyginimo kriterijus.
• Rezultatų sutapimas, skaidrūs įrašai ir patvirtintos procedūros padeda atlikti tam tikras patikras; nė vienas iš šių dalykų atskirai negarantuoja teisingos išvados ar sėkmingo tyrimo pakartojimo.