正确运用试验设计方法.docVIP

正确运用试验设计方法一 试验设计概述在工农业生产和科学研究中，经常需要做试验，以求达到预期的目的。例如在工农业生产中希望通过试验达到高质、优产、低消耗，特别是新产品试验，未知的东西很多，要通过试验来摸索工艺条件或配方。如何做试验，其中大有学问。试验设计得好，会事半功倍，反之会事倍功半，甚至劳而无功。从20世纪30年代r.a.fisher把试验设计用于农业取得空前成功起，试验设计对微观经济及管理做出了重大贡献。50年代美国戴明把试验设计传到日本，用来减少产品性能异性以提高产品质量，影响整个日本工业界。而60年代日本田口玄一将“正交设计”表格化，极大改善了试验设计，并引入全面质量管理，大大提高了日本产品在国际上的声誉和竞争力。80年代，许多美国公司引进田口玄一方法，对美国研制新产品起了推动作用。中国统计工作者在应用中，开发研制了许多适合中国国情的方法，推广项目达数万项，经济效益累计达十几亿元以上，而且节省了大量的人力、物力。近年来，新技术、新材料、新工艺等大量新生事物的出现，为各行各业带来了新的机遇。同时，在新技术、新材料、新工艺的试用和使用中，也给我们带来了新的挑战，这就需要我们工程技术人员必须掌握科学的试验设计方法并应用于新生事物的研究、试验、开发中，这样才有利于新生事物的推广和应用，而正交最优化试验设计方法无疑是我们的最佳选择之一。试验设计在工业生产和工程设计中能发挥重要的作用，例如：1） 提高产量；2） 减少质量的波动，提高产品质量水准；3） 大大缩短新产品试验周期；4） 降低成本；5） 延长产品寿命。在自然科学中，有些规律开始尚未由人们所认识，通过试验设计可以获得其统计规律，在此基础上提出科学猜想,这些猜想促进了学科的发展，例如遗传学的许多发现都藉助于上述过程。二 正交试验设计简介试验安排得好，试验次数少且能获得满意的结果，多快好省，事半功倍，反之则事倍功半。　　举例来说：若影响质量指标的因素有A、B、C 3种因素，每个因素各取3个水平，分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3.(所谓因素的水平即该因素在其试验范围内取具有代表性的“值”，三水平就是有代表性的3个值，水平有时不限于数值，它可以是原料的种类或操作方式等等)。按传统的方法采用单因素轮换法安排试验：譬如因素B固定在B1水平上，因素C固定在C1水平上，试验安排为 ，如果试验结果发现在A3水平较好，则安排试验 ，这时发现B2较好，以后就安排 ，如果发现 C3较好，那么A3B2C3为最佳条件，这种试验安排的缺点是：①考察的因素水平仅局限于局部区域，不能全面地反映因素的全面情况，找不出影响质量的主要因素，无法再在三水平外继续找更好的配比组合(水平)。②如果不进行重复试验，试验误差就估计不出来，因此无法确定最佳分析条件的精度。当然，我们可以用全面试验法按它们所有可能组合的情况做试验，则需做33＝27次试验，对各因素进行全面考虑，从中选出最优化条件，但这种作法很不经济，有时是不可能实现的。例如安排5个因素的3水平的全面试验需做35＝243次，这在人力、物力、时间上是几乎不可能执行的。因此，我们很自然地会提出下列问题：如何从大量的试验点中挑选适量的具有代表性、典型性的点呢?特别是怎样选择试验次数尽量少而又有代表性的试验呢?利用根据数学原理制作好的规格化表--正交表来设计试验不失为一种上策，这种设计方法被称为正交最优化，即正交试验设计方法。事实上，正交最优化方法的优点不仅表现在试验的设计上，更表现在对试验结果的处理上。　　还以前面提到过的三因素三水平的项目为例，是否同样做9次试验，可以完全克服单因素轮换法安排试验的诸多缺点，且能选出影响质量的最主要因素，便于进一步试验呢?回答是肯定的，这便是利用正交表，进行正交试验设计。表1为三水平正交表中的一种，可以在本例中应用。　表1中的水平1、2、3分别为各自所在的列对应的因素的第1、第2、第3水平。我们以试验6为例说明每一个试验是如何组成的：实验6是由因素A取第二水平A2、因素B取第三水平B3、因素C取第一水平C1所组成的，其余各组试验以此类推。这9个试验安排得好，每个因素中每一个水平都有3个试验，正是由于它们搭配得均匀，所以任一因素的任一水平与其它因素的每一水平相碰一次，且仅相碰一次。正因为如此，才便于对试验结果进行科学分析。有时候，利用正交设计试验得出的结果可能与传统的单因素轮换法的结果一致，但正交试验设计更具有以下优势：①考察因素及水平合理、分布均匀。②不需进行重复试验，误差便可估计出来，且计算精度高。③找出了最主要因素，便于进一步试验。④因素越多、水平越多、因素之间交互作用越多，正交表的作用越大，而此时即使用单因素轮换法也几乎不可能实现。因此，正交试验设计的使用