试验设计70792

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1、试验设计试验设计（exnerimentaldesin）是以概率论和数理统计为理论基础，经济、科学地安排试验的一项实用技术，其主要内容讨论如何合理地安排试验和正确分析试验数据，从而达到尽快地获得优化方案的目的。试验设计自20世纪20年代问世至今，其发展大致经历三个阶段，即早期的单因素和多因素方差分析，正交试验法和调优设计法。试验设计在20世纪初由英国的生物统计学家R．A．Fisher首创，1935年出版《试验设计》专著，从而开创了新的设计应用技术科学。1949年以日本田口玄一博士为首的研究人员，创造了用正交表安排分析试验的正交试验设计方法，并

2、在日本迅速推广，创造了惊人的经济效益，成为现代试验设计中的主要方法之一。1957年四口玄一博士又提出SN比（信噪比）设计法，同正交试验相结合，开辟了更为重要和更为广泛的应用领域。日本质量管理权威石川馨教授曾称，试验设计是日本战后实现工作生产飞跃的“国宝”，是世界上应用领域最多的国家。我国从60年代末开始推广正交试验法，，在机电、冶金、化工、仪表、轻工、纺织、医药等领域得到应用与发展，都取得显著的经济效益。但多数的企业，在产品试制、设计和生产中，凭经验或局部调试，而忽视试验优化设计，致使质量较差、单耗增加，甚至参数不配套。故有必要介绍试验设计

3、的一般方法、概念和试验设计的具体应用。试验设计的含义科学研究离不开试验与试验安排。若试验方案设计正确，就可在最短的时间最经济地得到最好的结果。反之，必然造成浪费，甚至没有任何结果。试验设计方法是科学安排试验方案，正确地处理数据和尽快地得到试验结果的一种手段，是数理统计学的重要分支。科学地安排试验包括过程因素（变量）和考核指标的选择，试验条件的确定，试验次数的设计等。一般经过三个步骤：方案设计、方案实施和结果处理。其中方案设计最为重要。制订出合理的方案首先要依据试验目的，选择对试验结果有显著影响的因素（即变量，又称为因子），忽视或多选某些因素

4、对试验过程和结果均有影响。其次，依据选定的因素，确定各自的变化范围；第三，确定合适的考核指标，可以是单个指标，也可以是多个指标；最后选择合适的试验方法，拟定出试验方案或试验计划。试验方案的实施主要依照实验规程进行试验，得到试验的结果。结果处理就是要对试验得到的数据进行分析、归纳和判断，以找出各因素之间的关系和最优的试验方案。试验设计的基本概念试验指标在试验设计中，根据实验目的而选定的用来考察或衡量实验效果的特征值称为实验指标。如数量指标、质量指标、成本指标、效率指标等。实验指标可分为二大类：1、定量指标。在实验中能够得到具体数值，如强度、回

5、收率、质量、成本、合格率等。2、定性指标。如颜色、光泽等。对于定性指标，往往采用等级制化为定量指标，以便于分析结果。实验指标可以是一个，也可以是多个。前者称为单指标设计，后者称为多指标设计。试验因素在实验或生产过程中，对试验的特征值可能有影响的要素或原因称为因素或因子。因素或因子往往是实验要考察内容。一般用大写字母A、B、C等表示。在确定实验因素时，必须以专业知识为基础，尽可能多地列出与研究对象与研究目标有关的各种因素并通过实验加以考察以确定其对实验结果的影响程度。实验因素又可分为可控因素与非可控因素二大类。可控因素指能够控制与调节的因素，

6、如温度、压力、时间、浓度等。一般实验设计仅限于可控因素。因素的水平在实验设计中，所选定因素状态与条件变化，可引起指标特征值的变化。因素变化的各种状态与条件称为水平。水平通常用1、2、3等表示。如对于某化学反应，反应时间是一个影响因素，即因素。所采用的30分钟、60分钟、90分钟等即为该因素不同的水平。水平的选择同样应以专业知识为主，并兼顾以下原则：（1）宜取3水平或以上。因为实验结果分析的效应图多为二次函数曲线，易找到最佳区域。而2水平的实验结果分析的效应图多为直线，对寻找最佳区域不利。（2）宜取等间隔水平，以利于分析计算。（3）水平应是可

7、直接测量与控制。（4）不同水平应对实验结果有明显影响。对于水平不宜确定的实验，可预先进行极端水平的实验，以确定水平的范围。实验设计的基本原则实验设计均遵守重复性原则、随机性原则、局部控制原则。重复性原则根据一次实验下结论，往往片面。一般采用多次重复性实验。实验条件在每次实验时波动，而总体平均值波动较小，另一方面可尽量减少误差和正确估计误差。因此在同一条件下的重复实验次数越多，实验的精度越高。应在条件允许时尽可能多做重复实验。随机化原则：试验中如果有系统误差，可能给效应作用的判断带来困难，而且是任何数据处理方法不能消除。唯一的措施是在安排试验

8、时，采取随机化的方法。所谓随机化即在试验中对顺序、步骤按随机性原则来安排。局部控制原则局部控制原则是将试验对象按照某种分类标准或某种水平加以分组。在同一组内的实验尽量保持受同样的