实验设计基础详解.ppt

9 实验设计基础;例:;实验设计的意义: 应用数理统计学的基本知识，讨论如何合理地安排试验、取得数据，然后进行综合科学分析，从而尽快获得最优组合方案。在工程学领域是改进制造过程性能的非常重要的手段。在开发新工序中亦有着广泛的应用。 在工序开发的早期应用实验设计方法能得出以下成果： 1. 提高产量； 2. 减少变异性，与额定值或目标值更为一致； 3. 减少开发时间； 4. 减少总成本；; 试验设计在科学研究中的地位与意义 ： 1.试验设计方法是一项通用技术，是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。 2.科学地安排实验，以最少的人力和物力消费，在最短的时间内取得更多、更好的生产和科研成果。简称为：多、快、好、省。 可应用于： 提高试验效率、优化产品设计、改进工艺技术、强化质量管理。;实验设计在生产/制造过程中的位置：; ??计技术在 生产/制造过程 中的应用是对 过程中输入的变量 (人,机,料,法,环) 进行有目的地优化, 使输出的结果更加理想. 实验设计 是其中较为有效的一种工程工具.;实验设计的发展过程: 试验设计始于20世纪20年代，其发展过程大致可分为三个阶段： 1. 早期的方差分析法: 20世纪20年代由英国生物统计学 家、数学家费歇(R.A.Fisher)提出的，开始主要应用于农业、生物学、遗传学方面，取得了丰硕成果。二战期间，英、美采用这种方法在工业生产中取得显著效果； 2. 传统的正交试验设计法：以日本的田口玄一为代表； 3. 信噪比试验设计与三阶段设计：1957年，田口玄一提出信噪比设计法和产品的三阶段设计法。他把信噪比设计和正交表设计、方差分析相结合，开辟了更为重要、更为广泛的应用领域。;我国试验设计方法 60末期代，华罗庚教授在我国倡导与普及的“优选法”，如黄金分割法、分数法和斐波那契数列法等。 数理统计学者在工业部门中普及 “正交设计”法 。 70年代中期，优选法在全国各行各业取得明显成效。 1978年，七机部由于导弹设计的要求，提出了一个五因素的试验，希望每个因素的水平数要多于10，而试验总数又不超过50，显然优选法和正交设计都不能用，随后，方开泰教授（中国科学院应用数学研究所）和王元院士提出 “均匀设计”法，这一方法在导弹设计中取得了成效。 ;9.1.1试验设计的基本概念;试验因素;因素水平;所以，在多因素试验时，试验因素的一个水平组合就是一个处理。;干扰因素;一、试验计划的内容及要求 ;（二）研究依据、内容及预期达到的经济技术指标 （三）试验方案和试验设计方法 试验方案是全部试验工作的核心部分，主要包括研究的因素、水平的确定等，具体内容详述于后。方案确定后，结合试验条件选择合适的试验设计方法。 （四）试验的数量及要求 试验选择正确与否，直接关系到试验结果的正确性。 （五）试验记录的项目与要求 （六）试验结果分析与效益估算 ;二、试验方案的拟定 ;（1）完全方案 在列出因素水平组合（即处理）时，要求每一个因素的每个水平都要碰见一次，这时，水平组合（即处理）数等于各个因素水平数的乘积。 例如以3种催化剂配方对3个原料进行试验。 两个因素分别为催化剂配方（A）、原料（B）。 催化剂配方（A）分为A1、A2、A3水平， 原料（B）分为B1、B2、B3水平。 共有A1B1、A1B2、A1B3、A2B1、A2B2、A2B3、A3B1、A3B2、 A3B3共3×3=9个水平组合（处理）。 这9个水平组合（处理）就构成了这两个因素的试验方案，根据完全试验方案进行的试验称为全面试验。 ;（2）不完全方案 它是将试验因素的某些水平组合在一起形成少数几个水平组合。 这种试验方案的目的在于探讨试验因素中某些水平组合的综合作用，而不在于考察试验因素对试验指标的影响和交互作用。这种在全部水平组合中挑选部分水平组合获得的方案称为不完全方案。 根据不完全方案进行的试验称为部分试验。 综合性试验（comprehensive expe