試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

課程綜述試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

課程綜述新產(chǎn)品、新工藝、新材料、新品種及其他科研成果產(chǎn)生流程多次反復(fù)試驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析規(guī)律研究提高產(chǎn)量提高產(chǎn)品性能降低成本能耗科研成果產(chǎn)生流程2感謝你的觀看2019年5月24新產(chǎn)品、新工藝、新材料、新品種及其他科研成果產(chǎn)生流程多次反復(fù)shíyàn實(shí)驗(yàn)已知某個(gè)結(jié)論去驗(yàn)證已知方法的操作驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)shìyàn試驗(yàn)未知某個(gè)結(jié)論去探索未知方法的探索探索性科研工作的必要手段——試驗(yàn)3感謝你的觀看2019年5月24shíyàn實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)shìyàn科研工作的必要手段——1980s美國(guó)引進(jìn)田口方法1920s193519491980s1935“DesignofExperiments”試驗(yàn)設(shè)計(jì)成為應(yīng)用技術(shù)科學(xué)1930~40s英、美、蘇用于工業(yè)1940s末美國(guó)Deming傳播SED至日本1949日本GenichiTaguechi(田口玄一)以SED為基礎(chǔ)建立“正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)”法1952應(yīng)用L27(313)于日本東海電報(bào)公司1952~1962應(yīng)用100萬(wàn)項(xiàng)，1/3成效明顯1955~1970日本借此推行全面質(zhì)量管理1920sFisher用于田間試驗(yàn)StatisticalExperimentDesign1920sTippett將SED用于棉紡1924~2012試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法起源4感謝你的觀看2019年5月241980s美國(guó)引進(jìn)田口方法1920s19351949198197819701948范福仁《田間試驗(yàn)之統(tǒng)計(jì)與分析》1970.4華羅庚推廣優(yōu)選法、統(tǒng)籌法1978優(yōu)選法用于五糧液獲成功方開(kāi)泰、王元?jiǎng)?chuàng)建均勻設(shè)計(jì)法華羅庚1910~1985方開(kāi)泰1940~王元1930~我國(guó)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法發(fā)展5感謝你的觀看2019年5月24197819701948范福仁《田間試驗(yàn)之統(tǒng)計(jì)與分析》197試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一項(xiàng)通用技術(shù)，是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)方法。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是自然科學(xué)研究方法論領(lǐng)域中的一個(gè)成熟分支學(xué)科。讓本科生掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理，近代最常用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的原理及其應(yīng)用方法，可以用在以后研究過(guò)程中。課程性質(zhì)與任務(wù)6感謝你的觀看2019年5月24試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一項(xiàng)通用技術(shù)，是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是國(guó)內(nèi)外許多重點(diǎn)大學(xué)化學(xué)、化工、電子、機(jī)械、材料包括管理等類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的是使要我們用科學(xué)的方法去安排試驗(yàn)，懂得如何處理得到的試驗(yàn)結(jié)果，以最少的人力和物力消耗，在最短的時(shí)間內(nèi)取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果的技術(shù)方法。課程性質(zhì)與任務(wù)7感謝你的觀看2019年5月24試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是國(guó)內(nèi)外許多重點(diǎn)大學(xué)化學(xué)、化工、電子、機(jī)械、材料（1）試驗(yàn)：首先要明確試驗(yàn)的目的和要求；其次是合理選擇試驗(yàn)考察的指標(biāo)和影響因素（即因子）；最后確定試驗(yàn)中影響因素的具體條件（即因子的水平）。（2）設(shè)計(jì)：根據(jù)因子及因子的水平，確定試驗(yàn)方案；決定試驗(yàn)的順序，試驗(yàn)的方法，測(cè)量的點(diǎn)數(shù)以及重復(fù)的次數(shù)等。試驗(yàn)設(shè)計(jì)一般分三個(gè)階段：8感謝你的觀看2019年5月24（1）試驗(yàn)：首先要明確試驗(yàn)的目的和要求；其次是合理選擇試驗(yàn)考（3）分析：對(duì)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，制成易于計(jì)算的表格，建立假設(shè)，計(jì)算分析用的各種統(tǒng)計(jì)量；確定顯著性水平進(jìn)行檢驗(yàn)，得出結(jié)論。概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)9感謝你的觀看2019年5月24概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)9感謝你的觀看2019年5月24什么叫做優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法？把數(shù)學(xué)上優(yōu)化理論、技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，科學(xué)的安排試驗(yàn)、處理試驗(yàn)結(jié)果的方法。采用科學(xué)的方法去安排試驗(yàn)，處理試驗(yàn)結(jié)果，以最少的人力和物力消費(fèi)，在最短的時(shí)間內(nèi)取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果的最有效的技術(shù)方法。數(shù)理統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析什么叫做優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法10感謝你的觀看2019年5月24什么叫做優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法？什么叫做優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法10感謝你優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)在科學(xué)研究中的地位與意義：1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一項(xiàng)通用技術(shù)，是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)方法。2.科學(xué)地安排實(shí)驗(yàn)，以最少的人力和物力消費(fèi)，在最短的時(shí)間內(nèi)取得更多、更好的生產(chǎn)和科研成果。簡(jiǎn)稱(chēng)為：多、快、好、省。試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)實(shí)施數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)研究11感謝你的觀看2019年5月24試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)實(shí)施數(shù)據(jù)整理數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)研究11感謝你的觀看20如何進(jìn)行科學(xué)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)良的試驗(yàn)方案遵循試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原則，控制試驗(yàn)誤差簡(jiǎn)單計(jì)算獲取有價(jià)值試驗(yàn)規(guī)律試驗(yàn)研究結(jié)果可推廣和重復(fù)如何進(jìn)行科學(xué)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)12感謝你的觀看2019年5月24如何進(jìn)行科學(xué)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)如何進(jìn)行科學(xué)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)12感謝試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，討論如何合理地安排試驗(yàn)、取得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合科學(xué)分析，從而盡快獲得最優(yōu)組合方案。在工程學(xué)領(lǐng)域是改進(jìn)制造過(guò)程性能的非常重要的手段。在開(kāi)發(fā)新工序中亦有著廣泛的應(yīng)用。在開(kāi)發(fā)的早期應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能得出以下成果1.提高產(chǎn)量；2.減少變異性，與額定值或目標(biāo)值更為一致；3.減少開(kāi)發(fā)時(shí)間；4.減少總成本；13感謝你的觀看2019年5月24試驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，討論如何合理地安排試試驗(yàn)設(shè)計(jì)效果BECDA因素對(duì)指標(biāo)影響規(guī)律因素對(duì)指標(biāo)影響大小因素間是否相互影響優(yōu)選最佳條件，估計(jì)指標(biāo)值估計(jì)和控制試驗(yàn)誤差試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以解決以上5個(gè)問(wèn)題試驗(yàn)設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題14感謝你的觀看2019年5月24試驗(yàn)設(shè)BECDA因素對(duì)指標(biāo)影響規(guī)律因素對(duì)指標(biāo)影響大小因素間是問(wèn)題1：有12個(gè)外表一致的小球，其中11個(gè)的質(zhì)量都是10克，另一個(gè)要重一些(但僅憑手感無(wú)法分辨)，給定一個(gè)沒(méi)有砝碼的天平，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)方案，把這個(gè)重一點(diǎn)的小球挑出來(lái)。什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)？15感謝你的觀看2019年5月24問(wèn)題1：有12個(gè)外表一致的小球，其中11個(gè)的質(zhì)量都是10克，方案一：先把兩個(gè)球放到天平兩邊的盤(pán)中，如果不平衡，則較重一邊的小球就是要找的；如果平衡，就把其中一個(gè)球(哪個(gè)都行)作為標(biāo)準(zhǔn)，用它稱(chēng)量其它球，與它不同的就是我們要找的。這種方法在最糟糕的情況下，可能需要10次稱(chēng)量才能完成任務(wù)。把12個(gè)球平均分成六組，把同組的兩個(gè)球分放在天平兩邊，如果不平衡，則較重一邊的小球就是要找的。這種方法在最糟糕的情況下，需要稱(chēng)量6次。方案二：16感謝你的觀看2019年5月24方案一：先把兩個(gè)球放到天平兩邊的盤(pán)中，如果不平衡，則較重一邊方案三：12個(gè)球平均分成3組(每組4個(gè))，先把其中兩組分別放到天平兩邊。如果平衡，則重一點(diǎn)的球一定在剩余一組中；如果不平衡，那么較重一邊的四個(gè)球當(dāng)中就一定有我們要找的那個(gè)球?？梢?jiàn)，只稱(chēng)量一次，就排除了8個(gè)球。下面可以按照方法(二)中的辦法，最多再需兩次就可以完成任務(wù)。這種方法最多只需要稱(chēng)量3次。 不難看出，試驗(yàn)是需要設(shè)計(jì)的，如果試驗(yàn)方案選擇的好，試驗(yàn)次數(shù)就可以減少。17感謝你的觀看2019年5月24方案三：12個(gè)球平均分成3組(每組4個(gè))，先把其中兩組分別放問(wèn)題2：洗衣服一般分為洗滌和漂洗兩個(gè)階段。假設(shè)衣服洗滌并擰干以后還殘留含有污物的水1千克，用20千克清水來(lái)漂洗。比較下面四個(gè)方法哪一個(gè)能洗得更干凈一些？什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)？方案1：一次漂洗，用20千克水方案2：分兩次漂洗，第一次用5千克水，第二次用15千克水方案3：分兩次漂洗，第一次用15千克水，第二次用5千克水方案4：分兩次漂洗，第一次用10千克水，第二次用10千克水18感謝你的觀看2019年5月24問(wèn)題2：洗衣服一般分為洗滌和漂洗兩個(gè)階段。假設(shè)衣服洗滌并擰干方案1——一次漂洗把衣服一下子放到20千克清水中，連同衣服上那1千克污水，一共21千克水。污物均勻分布在這21千克水里。擰“干”后，衣服上還有1千克水，所以污物殘存量是原來(lái)的1／21。常見(jiàn)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方案2、3——二次漂洗若把20千克水分兩次用，比如第一次用5千克，第二次用15千克，同理可得污物殘存量是原來(lái)的1／96。方案4——二次漂洗再比如第一次用10千克水，第二次用10千克水，污物殘存量則是原來(lái)的1／12119感謝你的觀看2019年5月24方案1——一次漂洗把衣服一下子放到20千克清水中，連同衣服上方案A——全面實(shí)施方案優(yōu)點(diǎn)：是一定可以找到所有搭配中最優(yōu)的方案。缺點(diǎn)：試驗(yàn)次數(shù)過(guò)多。特別是在因素?cái)?shù)目較多、水平取的較多的情況下，即使想這樣做可能也辦不到。常見(jiàn)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方案B——逐個(gè)因素尋找法這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是減少了試驗(yàn)次數(shù)。不過(guò)，這種方法的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。不一定能找到最優(yōu)的組合。20感謝你的觀看2019年5月24方案A——全面實(shí)施方案優(yōu)點(diǎn)：是一定可以找到所有搭配中最優(yōu)的方21一次一因素法變動(dòng)一個(gè)因素,固定其他因素的方法。這種方法常因因素之間存在交互作用,而水平又未固定的適宜搭配關(guān)系,致使試驗(yàn)需反復(fù)多次,試驗(yàn)周期長(zhǎng)。感謝你的觀看2019年5月2421一次一因素法變動(dòng)一個(gè)因素,固定其他因素的方法。這種方法磨礦細(xì)度捕收劑用量抑制劑用量活化劑用量調(diào)整劑用量浮選溫度浮選試驗(yàn)因素浮選濃度攪拌強(qiáng)度攪拌濃度攪拌時(shí)間浮選時(shí)間考查因素較多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)22感謝你的觀看2019年5月24磨礦細(xì)度捕收劑用量抑制劑用量活化劑用量調(diào)整劑用量浮選溫度浮浮Y=f(x) 試驗(yàn)是一個(gè)或一系列有目的地改變流程或系統(tǒng)的輸入變量以觀察識(shí)別輸出應(yīng)變量隨之改變的實(shí)驗(yàn)。DouglasC.Montgomery那些自變量X顯著的影響著Y?這些自變量X取什么值時(shí)將會(huì)使Y達(dá)到最佳值?試驗(yàn)23感謝你的觀看2019年5月24Y=f(x) 試驗(yàn)是一個(gè)或一系列有目的地改變流程或系統(tǒng)的輸噪音輸入變量

(連續(xù))可控輸入變量流程關(guān)鍵流程輸出指標(biāo)噪音輸入變量

(離散)?你有哪些輸入變量呢?流程或系統(tǒng)的一般模型24感謝你的觀看2019年5月24噪音輸入變量

(連續(xù))可控輸入變量流程關(guān)鍵流程噪音輸入變量

確定那些輸入對(duì)輸出影響最大(確定關(guān)鍵輸入變量)什么樣的輸入設(shè)置能產(chǎn)生理想的輸出結(jié)果怎樣設(shè)置影響最大的輸入水平以減少輸出變量的變化范圍怎樣設(shè)置可控輸入水平使得不能控制的輸入變量對(duì)輸出的影響減到最小找出定義流程的公式(y=f(x))以?xún)?yōu)化流程試驗(yàn)的目的25感謝你的觀看2019年5月24確定試驗(yàn)的目的25感謝你的觀看2019年5月24因子(可控因子,非可控因子)X水平:為了研究因子對(duì)響應(yīng)的影響,需要用到因子的兩個(gè)或更多的不同的取值,這些取值稱(chēng)為因子的水平(level)或設(shè)置(Setting).處理或試驗(yàn):按照設(shè)定因子水平的組合,我們就能進(jìn)行一次試驗(yàn),可以獲得一次響應(yīng)變量的觀測(cè)值,也可以稱(chēng)為一次“試驗(yàn)”(trial,experimentalrun),也稱(chēng)為“一次運(yùn)行”(run).試驗(yàn)單元(experimentunit):對(duì)象,材料或制品等載體,處理(試驗(yàn))應(yīng)用其上的最小單位試驗(yàn)環(huán)境:以已知或未知的方式影響試驗(yàn)結(jié)果的周?chē)h(huán)境模型:可控因子(X1,X2,…Xn),響應(yīng)變量(Y),f某個(gè)確定的函數(shù)關(guān)系Y=f(X1,X2,X3,…..Xk)+Error(誤差)主效應(yīng):某因子處于不同水平時(shí)響應(yīng)變量的差異交互效應(yīng):如果因子A的效應(yīng)依賴(lài)于因子B所處的水平時(shí),我們稱(chēng)A與B之間有交互作用.OFAT法（One-Factor-At-a-Time)：在各因子的變化范圍每次改變一個(gè)因子的水平以選定各因子的最佳水平。試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的基本術(shù)語(yǔ)26感謝你的觀看2019年5月24因子(可控因子,非可控因子)X試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的基本術(shù)語(yǔ)2重復(fù)試驗(yàn)(replication)一個(gè)處理施加于多個(gè)試驗(yàn)單元。我們一定要進(jìn)行不同單元的重復(fù)(replicate)，而不能僅進(jìn)行同單元的重復(fù)(repetition):要重做試驗(yàn)，而不能僅重復(fù)觀測(cè)或重復(fù)取樣。隨機(jī)化(randomization)：用完全隨機(jī)的方式安排各次試驗(yàn)的順序和／或所用的試驗(yàn)單元。防止那些試驗(yàn)者未知的但可能會(huì)對(duì)響應(yīng)變量產(chǎn)生的某種系統(tǒng)的影響。劃分區(qū)組(blocking)：按照某種方式把各個(gè)試驗(yàn)單元區(qū)分成組，每組內(nèi)保證差異較小，使他們具有同質(zhì)齊性(homogeneous)，則我們可以在很大程度上消除由于較大試驗(yàn)誤差所帶來(lái)的分析上的不利影響。如果分區(qū)組有效，則這種方法在分析時(shí)，可以將區(qū)組內(nèi)與區(qū)組間的差異分離出來(lái)，這樣就能大大減少可能存在的未知變量的系統(tǒng)影響。能劃分區(qū)組者則劃分區(qū)組，不能劃分區(qū)組者則隨機(jī)化。Blockwhatyoucanandrandomizewhatyoucannot試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則27感謝你的觀看2019年5月24重復(fù)試驗(yàn)(replication)一個(gè)處理施加于多個(gè)試驗(yàn)單打一輪高爾夫球的輸出變量是什么?分?jǐn)?shù),越低越好(擊球及推桿數(shù)少)可控制的輸入變量是什么?球及球桿的類(lèi)型帶著球桿步行或開(kāi)車(chē)運(yùn)送玩球時(shí)喝掉的啤酒瓶數(shù)不可控制的輸入變量是什么?擊球的前后一致性天氣–風(fēng),雨,太陽(yáng),溫度?我們?nèi)绾卧囂捷斎胱兞?設(shè)想打高爾夫球是一個(gè)試驗(yàn)28感謝你的觀看2019年5月24打一輪高爾夫球的輸出變量是什么??我們?nèi)绾卧囂捷斎胱兞?設(shè)想工業(yè)界最常用程序選擇“最佳估計(jì)”的因子組合Ping牌球桿,Titleist牌球,開(kāi)車(chē),四瓶啤酒進(jìn)行一次試驗(yàn)(打一輪)輸出結(jié)果與預(yù)期值比較(分?jǐn)?shù):94–不太好)如結(jié)果不理想,將其中一個(gè)因子的水平改變–重新試驗(yàn)如需要重復(fù)試驗(yàn)缺點(diǎn)如第一次估計(jì)錯(cuò)誤,需要更多次試驗(yàn)–低效率且時(shí)間長(zhǎng)如第一次估計(jì)可以接受,試驗(yàn)會(huì)停止下來(lái),“最佳”方案可能永遠(yuǎn)找不到“最佳猜測(cè)”法29感謝你的觀看2019年5月24工業(yè)界最常用“最佳猜測(cè)”法29感謝你的觀看2019年5月24常用于對(duì)所研究流程了解有限的情況程序選擇一個(gè)因子水平的組合作基線(xiàn)在各因子的變化范圍每次