材料科学中的试验设计与分析 教学课件 作者 张忠明 第1章 引言.pptVIP

2003.10.28 徐春杰-西安理工大学材料学院 xuchunjie@xaut.edu.cn 2003.10.28 实验设计与数据处理 第一章 引言 2004年版 《试验设计与数据处理 》 第1章 试验设计简介 1.2 实验设计与数据处理的目的 事例2：试确定某厂生产的灯泡的寿命。 科学的实验设计与数据处理方法的作用： 1.3 试验设计的基本概念 1.4 实验设计的基本原理 实验设计的基本原理 一、重复 即基本实验的重复进行。（重复是由油淬处理一块试样和水淬处理一块试样所组成。）  二、随机化 三、区组化 含义：一个区组是一个相对均匀的试验单元，是对完全随机化的一种约束，试验仅仅在区组内部是随机化的。 一、全面试验法 二、孤立因素法-简单对比法 三、正交试验设计法 1.6 设计实验指南 思考题： 任何一项试验结果，都受到多种因素的影响；不同因素的影响作用不同。 在质量管理中，析因实验对工艺改革效果的显著性判断和在科研试验的多方案优选等方面均得到了广泛应用。 试验设计的基本要求： 1、进行不同水平的实验单元间，要有相同的系统。 2、要有明确的试验目的、恰当的指标。要挑选因子，确定水平。 3、处理实验数据要配上相应的数理统计方法，以达到预期的实验目的。 一般说m个因子，n个水平的全面试验需要做nm次试验。 一般说m个因子，n个水平的全面试验需要做nm次试验。 试验设计与数据处理 (Experiment Design Data Processing) 第1章 试验设计简介 Experiment Design Data Processing 第1章 试验设计简介 第2章 试验误差及其传递 第3章 试验数据的整理 第4章 方差分析与析因实验 第5章 回归分析与相关分析 第6章 单因素与双因素优选法 第7章 正交试验设计 第8章 均匀设计 主要内容 1.2 实验设计与数据处理的目的 1.4 实验设计的基本原理 1.6 实验设计指南 1.1 实验设计与数据处理的发展概况 1.3 试验设计的基本概念 1.5 常用试验方法介绍 1.1 实验设计与数据处理的发展概况 20世纪20年代，英国人：R.A.Fisher——方差分析 20世纪50年代，日本人：田口玄一——正交设计表格化 中国开始研究，并简化正交设计表 华罗庚——优选法 1978年，王元、方开泰——均匀设计 事例1：已知某化工产品的质量指标主要受配比、温度、压力和时间4个因素的影响，现使每个因素取3个变化值，试通过实验确定出获得最佳质量指标的生产条件。 结果：试验次数繁多、试验代价高 。 问题：?能否少做实验？ ?如何分析实验结果? 分析： ?全面试验：试验次数34=81次 ?若每个因素取5个变化值，试验次数54=625次 分析： 生产的灯泡不能全部拿来做试验 问题：?怎样安排试验？ ?怎样分析试验结果？如何评价灯泡寿命？结论可靠性怎样？ 对策：?正确的实验设计 ?对实验数据采取科学的方法加以处理 ? 大大减少试验次数，简化数据处理过程，节省人力、物 力和时间。 ? 通过误差分析，可以显著提高试验结果的可靠性。 ? 可判断因素的显著性，抓住主要矛盾，提高效率。 ④ 判断工艺改革效果的显著性。 ⑤ 通过分析试验结果能探寻出可能更优的试验方案（多方 案优选）。 ⑥ 建立近似函数关系，并对结果进行预测和优化。 一、指标 定义：在试验设计中，把判断试验效果好坏所采用的标准称为试验指标，简称为指标。 举例：在材料力学性能试验中，常把材料的强度（?b，?0.2）与塑性（?％，?％）等作为主要的试验指标。 二、因素（或称因子） 定义：将有可能影响试验指标的条件，称作因素。 举例：影响合金强度的因素有合金元素含量、淬火温度及回火温度等。 三、水平 定义：通常把影响试验指标的因素加以控制、分组。每个分组称为因素的水平。 举例：合金强度实验中，某合金元素的不同含量、不同的回火温度等均为相应因素的不同水平。 什么是实验设计？ 一个设计的实验是一个试验或一系列试验，它对一个过程或系统的输入变量做一些有目的的改变，以便能够观察到输出响应的变化以及识别出引起输出响应变化的缘由。 实验是研究者在其各个研究领域进行的，通常是要发现关于一个特定过程或系统的某些现象和规律。 过程 输入 输出 x1 x2 xp … z1 z2 zq … 不可控制因素 可控制因