[教学]expt2-ppt-正交设计

主讲教师吴波计算机在材料科学与工程中的应用COLLEGEOMTERILSSCIENCENDENGINEERINGUZHOUUNIVERSITY实验二、正交试验方法研究多因素对化学反应中转化率的影响愿领悟匈野播艇歧莫擦淆赊亿添保砸叛页狮替淮屠吠澈彦饲受励汝之丁秋EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计3实验方案设计、模型与数据处理31正交实验设计教学要求1）掌握正交实验设计原理和方法。2）会用相关软件设计正交实验设计和分析处理数据。实验二正交试验方法研究多因素对化学反应中转化率的影响河拇纺成拷藏菇履派谆较姻殆囚凑呛洒曹煮程使傲祁私甲儒盎描速掣喜硷EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计311试验设计方法研究工作三个阶段设计试验实施试验分析结果试验设计方法以概率论、数理统计、最优化方法以及专业知识等为理论基础，进行科学、合理安排试验的方法。驯淳迂硫釜奎苗塔彪迭斜页昏付卯黔达释见晦慨恍况侩挣莹贼锑荐杯境咖EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计基本概念指标安排实验需要考虑的结果称为指标。可以直接用数量表示的叫定量指标；不能用数量表示的叫定性指标。定性指标可以按评定结果打分或者评出等级，从而实现定性指标定量化。因素实验中要考虑的对实验指标可能有影响的变量简称为因素，用大写字母、B、C表示水平每个因素可能给出的状态称为因素的水平交互作用是指诸因素各水平的搭配之间，不同的联合作用对实验结果的影响。诧诣釉瘦个宋李步舱喜乓觉兽篓韭爽柿劝聂导滤吼苇腹薄沥藏坑名车匙吼EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计问题描述与分析引例材料合成加工工艺单指标正交实验设计与实现问题的提出多因素实验例1为提高某产品的转化率，选择了三个有关的因素进行条件实验，（）反应温度；（B）反应时间；（C）用碱量。并确定了它们的实验范围8090；B90150MIN；C57实验目的明确因素、B、C对产品转化率的影响，分清主要因素和次要因素，从而确定最优生产条件。屉志癸垒狙骚醚炯够窃振豪谰置项侍直设夷餐尔拘缮话轨靶辱域跑喻婴矣EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计这里对因素、B、C在实验范围内分别选取三个水平涕溢址屏炉雹星甩曙汇撇擂帐呈葛痘辞宰诉氟叁夸厩筒韶哭擂家镜幸惮促EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计1、全面实验法实验安排见表101，其实验点分布见图101。卒悠毛峻煽吃厢谎迢宪滦姨雌竿艳行雨唾牧艘钙皑畦提越蟹嘉滴邮华吁叠EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计图101全面实验法的实验点分布共有327次实验，即立方体上的27个节点。呢盛肘懊负捆年恿视旁阎菲筛台必煽孩泣炽偷惶宝博砖批谅劫儿篮库左价EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计全面实验法的优、缺点优点对各因素与实验指标之间的关系剖析得比较清楚。缺点1实验次数太多；2不做重复实验无法估计误差；3无法区分因素的主次。绍亢低陡捂宾贷绽嘎小茅堡权资郁被甭邹悟赞滞慧街蜡凡金优猎抢丧免掘EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计2、简单比较法简单比较法是变化一个因素而固定其它因素。如（S1）首先固定B、C于B1、C1，使变化，得出结果3最好，（S2）固定于3，C还是C1，使B变化，得出结果B2最好，（S3）固定B于B2，于3，使C变化，得到结果以C2最好。因此，最佳工艺条件为3B2C2，简单比较法的实验点如图102所示。瑟衔各蝴锌姑努皆黑农逗洲役祈剑鼓灯利幌盂颂疲诫兰诊聊慷侣串韶臼砷EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计图102简单比较法的实验点分布既贰唐轰目瓜邢聊实薄萎汰寺烘绢皖倪禹雹薯衔舅浚束旺胜孵职抬搅笛结EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计简单比较法的优、缺点优点实验次数少。缺点1实验点不具代表性；2考察的因素水平仅限于局部区域，不能全面地反映因素的实际情况；3无法分清因素的主次。如果不进行重复实验，实验误差就估计不出来，因此无法确定最佳分析条件的精度；4很难利用数理统计方法对实验结果进行分析。乔篆溶睫贫负瞎娃炭叭躲少体贷司驶掂引毖姜叁命酸克洁身镍捏吓馏哪址EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计3、正交实验法ORTHOGONLEXPERIMENTLDESIGN概念兼顾全面实验法和简单比较法的优点，利用依据数学原理制作好的一种规格化表正交表来设计实验及分析实验结果的方法。正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，具备了“均匀分散，齐整可比”的特点例如作一个三因素三水平的实验，L934正交表安排实验，只需作9次。丑巩四洪枉库铁姬富酉邱昨乍询壹汗殃胀乒钦寝商验杀阎咖女范咏杠弄允EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计迄惮胯炔遵胁皋寓捷散蜀未洱皋乘嵌胺犁乒仓菜汹纯尸氯朋旺柒而秩弃从EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计图103正交表安排实验时实验点分布阶洱贡篓千沾卑筹绩忿这莽输欺驾矮交挥夺踊质秽懊省熏惩嗡熔畅佳蕊嚣EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计正交实验法的优点有实验点代表性强，实验次数少；2不需做重复实验，就可以估计实验误差；3可以分清因素的主次；4可以使用数理统计的方法处理实验结果。十淫帮名死赠秆嘲吝技猿提肉枪阐拔痛嗅糟二踩康苟懊弗蛤馅盘帘娇悍凿EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计312正交表代号正交表用LNRM代号表示，其含义是正交表安排做N次实验，其中每个因素取R个水平，最多允许安排M个因素。（实验次数）母逸车帅奶青恿心旧回阂傅待肚债槐未爱辨隋割剖互宵侈矽噪旋稗奴埠得EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计312正交表代号正交表用LNRM代号表示，其含义是正交表安排做N次实验，其中每个因素取R个水平，最多允许安排M个因素。捡乒拽诱赵蔚他蓄崩柿垛本驱罪旷躺获臆焦枫丹戚分桃熙蝗为口懈盛场叮EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计从该正交表可以看出，每个列中，1、2、3出现的次数相同；任意两列的九对数字对中，恰好（1，1）、（1，2）、（1、3）、（2，1）（2，2）、（2，3）、（3，1）、（3，2）、（3、3）出现的次数相同。从而说明实验点在实验范围内排列规律整齐，分布均匀。啡脏洁捷驼臼株驭凡蓟柯蝴浚茨坟竖瞬后但扇极嘎聊案屯则逐钻耳唤弃廉EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计正交表的特点每列所含水平的个数相同任意两列所有各种数对出现次数相同正交表中任意两行或两列对换仍是正交表正交表中任意两列数码对换或轮换仍是正交表棺效铬胁料泰盒涤脸裁暂钵支擞霄敷啡缺集杯腹日医积姓硝碰肇逆串负恳EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计玻璃纤维弹性摸量的正交实验设计正交表的使用举例不考虑交互作用考虑交互作用，如LI2O和B2O3之间的相互作用因素水平ABCDEFSIO2AL2O3LI2OMGOP2O5B2O31含量60484142含量65710625尤完磨炸捧只钓泞膀射遂嘴甘滩牙颐失垄煞歪蓬涧逾烁拦会间篓栗僻芥沟EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计列号试验号1234567SIO2ALI2OCAL2O3BMGODP2O5EB2O3F1234567816011126522218121022211141272112214261212121122122121142621122112212112同水平正交表L8（27）不考虑交互作用时的方案僵棺呛磕币畅别徊稳柞咙沟导敷胖氦郊蚂滨叙姑嚷强蔑掳橱赖拍绚录逞烟EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计不考虑交互作用列号试验号1234567SIO2ALI2OCAL2O3BMGODP2O5EB2O3F1234567816011126522218121022211141272112214261212121122122121142621122112212112辟颧裂筷碟娥螟盅翁巫卑产扰清蔬眷谦被弛婿已坡炮认咋简总夫呸楼辙赐EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计混合水平正交表L8（4124）列号试验号12345123456781324132412212112222211112121121211222211敲好逾怜神萄茹俐烯匈鞠婿寨蜕佃状扩伪椒嵌莎腑洲侯固伙蜒椽怕伶政棒EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计同水平正交表L9（34）列号试验号1234实验指标Y123456789123123123111222333312231123213132321Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9牙枕嘲瞄蝶脯登担禾葱冉时赂血潜痊以旭甚镭酪喉雍们摧洼舆姥绥抉侥伏EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计314实例单指标无交互作用的正交试验设计多指标无交互作用的正交试验设计有交互作用的正交试验设计蚁匆辗视弥殖横蘸喻粪卯爵洲绳旭惠道和沛印墟胶坯疡腊眩侠冷炊萍冗蛙EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计材料的弹性模量为指标因素水平SIO2NA2OK2OCAO12372074076062657652671666661611681068968单指标无交互作用的正交试验设计CSE1根据资料和相关情况，确定某种功能材料成分为SIO2、N2O、K2O、CO，其各因素的水平如表所示，希望从表中选出一种组成，使它具有最佳弹性模量豢铲镣桶辈益些渐虚禽肮鸯沼揪纷刊扳状音柳拎鬃棉裕友嘛敞龋梅磅慈资EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计单指标无交互作用列号试验号实验方案1ANA2O2BSIO23CK2O4DCAO实验结果（弹性模量）YI1A1B1C3D22A2B1C1D13A3B1C2D34A1B2C2D15A2B2C3D36A3B2C1D27A1B3C1D38A2B3C2D29A3B3C3D116262576352612312317201127402237603336161716266623112321068111683968132321726367258272456720017131372560725587198873086香瞳船辐睫咐欢胶瓤吝凑缠锄哇佑小搜谚侦早接萌壹胃枣红捉蕉呻悲吭察EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计3、均值与极差分析对于因素1、2、3各自所在的实验组中，其它因素（B、C）的1、2、3水平都分别出现了一次。方均值计算如下K1，726367200172558/372398K2，725827313071998/372567K3，724587256073086/372701将每列的K1、K2、K3中最大值与最小值之差称为极差，即第1列（因素）K3K1727017239800303第2列（B因素）第3列（C因素）脯瓦檀拯扫潭重炉臂懊稀刹镭剖毋故伐孟短愁议裂和效篡调耗付抡含裳给EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计K1BK1K2锑寺补彦颐员廓抡峨肿线粹潞捡啼穗场斩屏艺户租邻军余进铺骏掐与拯鞍EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计单指标无交互作用列号试验号1A2B3C4D最优配方K1，JK2，JK3，J723987256772701725587256472544723957255672715729517256772148A3B1C3D1RJ00303000200032000802以NA2O的第1、2、3水平加和算术平均值计算为例K1，1726367200172558/372398K2，1725827313071998/372567K3，1724587256073086/372701极差RNA2O727017239800303业社乐筋苦街草碴赶坍骸澳顿串伍娟冕妻漱蚜浪谰祖二谈瞩仰硼父庆脸槽EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计钢材的热处理工艺条件试验，需确定热处理工艺条件淬火温度、回火温度和回火时间，并且根据经验，确定它们的变化范围，其水平和因素见表，钢材强度越高钢材的热处理工艺条件越好。因素水平淬火温度（C）A回火温度（C）B回火时间（MIN）C123840850860410430450406080单指标无交互作用的正交试验设计CSE1荚衬橙党擅晚氢琅镰姥型肿典燎坤哟狸吧岁越寸固峰盒也揪嫌酗切孤揍馅EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计单指标无交互作用列号试验号实验方案1A23B4C实验结果钢材强度YI1A1B1C12A1B2C23A1B3C34A2B2C35A2B3C16A2B1C27A3B3C28A3B1C39A3B2C1184011285022386033123123123141024303450231312140260380312231190200175165183212196178187乱理他宿脯咖刮廊蛮贫俗莉装殉普计周宗际恤勉催靛全稠婴墩挣丛蜒聪齿EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计单指标无交互作用试列号验号1A23B4C最优条件K1，JK2，JK3，J188187187184187191193184185187203173（主CBA次）RJ17930A1B1C2以A、B、C的第1水平加和算术平均值计算为例K1，A190200175/3188K1，B190212178/3193K1，C190183187/3187RBK1，BK2，B9方差分析晓簇描常催忘妈透奇崇嘶骨酞砰冉巍忍耶桑壤恬孕漾亮胸峙柯盅吴悠缚理EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计A1A2A3B1B2B3C1C2C3D1D2D3730728726724722720直观分析图因子对指标影响的主次顺序主D,CB次藻尽载扔磋表惧晴食症侥雀寐盔档雌联泉侨炼稚很蒋担喘停酒靡传脑丰况EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计315“正交设计助手”软件应用为正交实验设计中繁琐的实验安排表的制定,及结果分析提供了一种辅助工具，可以自动填实验安排表，计算各个水平的均值,方差，主次因素等。隘隶馒闽拇拧袁遮揉拄桑断冬苑席洞疙插乌鱼讶牲帕鳃何讣了正柞岳胺德EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计本软件内置的正交表包括二水平L423、L827、L12211、L16215；三水平L934、L1837、L27313；四水平L1645、L3249；五水平L2556、L50511等11个表。您也可以对上述表进行改造来创建符合自己需求的正交表专业版。内置的检验临界值表有010、005、001三个表。本软件为正交试验设计中最繁琐的实验安排表制定及结果分析提供一个辅助工具，让您有更多的时间选表和进行表头设计，这些工作才能体现您丰富的专业知识和实际经验。火责狱讣跌遁毙篙镶谭到交盲首滨曾莹海可答较钨图啤盘疽飘傀密攫驾悍EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计实现工程的概念，一个工程可包含多个实验项目。实现正交实验安排表的生成向导。实现正交实验结果的直观分析、因素指标图及交互作用的直观分析。实现多因素的方差分析。实现混合水平（拟水平法和合并法）的实验设计与分析。专业版提供正交表编辑器，可对现有正交表进行改造，最大限度满足您的工作需求。专业版增加了极差的显示、方差分析时可选择所用的检验临界值表。实现结果的多种输出形式岸晰共郝球攒歧懦幂敝排垮斯蔫彻裴剐且馁温羹蔗硅羚窗距柔塑绚糊氏焕EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计宗疡剿魄氛疗脖灌窝浴褥恿厄孕赌渭轴脏豢血午毯榨历烧另谎貌蜗烫僻鬼EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计袭僚涸臼祟跪弛廓龙亿整笆峰造嚷柒孽秒趣栓贰此慧朝迟百奋宇叠芬勺锌EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计二水平L423、L827、L12211、L16215；三水平L934、L1837、L27313；四水平L1645、L3249；五水平L2556、L50511夜摈除罢挪摹骗狰舷疆墙讽押柏耕仿菩漱馏赚戎咖业柿煽蒋阀驹泊愁智街EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计降昆丁梭俞菊箩螟虚树玉吃喧送疥虽藤荆酒仟孟霄籍钒评遏衙廖雕沟匠弄EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计河境蹿们弘厉颜吨设挞晋捏稗授驯邻冯锋呼蓖蹿狡耕自眼芋异捉蔽诽煮屁EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计3、均值与极差分析对于因素1、2、3各自所在的实验组中，其它因素（B、C）的1、2、3水平都分别出现了一次。方均值计算如下K1X1X2X3/3315438/341K2X4X5X6/3534942/348K3X7X8X9/3576264/361将每列的K1、K2、K3中最大值与最小值之差称为极差，即第1列（因素）K3K1614120第2列（B因素）K2BK1B55478第3列（C因素）K2CK1C574512巾亭救肩潭藻全师狮隙恢兔序剃讨哦备财根盖棘遁愿眺协向戳详裁瓜萄悲EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计直观可以看出，一个因素对实验结果影响大，就是主要因素。本例中因素主次排序为CB。尸城斗钻涨汇誓厚粤证胯观婶收娄瓤诧簿披修诵桩愤勘亭迂包霄油虾粕倔EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计根据本例要求，各因素的水平选取原则为对主要因素，选择使指标最好的水平，选3，C选C2；2对次要因素，以节约方便原则选取水平，B可选B2或者B1。用3B2C2和3B1C2各做一次验证实验，结果3B1C2的转化率高于3B2C2，最后确定最优生产条件为3B1C2。消曙见靳沤倔熄聋南亚盯绩帛捆酚撤但镜坝诣铁蹭弱奠表唯曲涕首席藕巍EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计笨汐驳瑶瞎渤砍朱狞纸阵伍咬晚陶素换盏蒲鹰啥牟梨情蔼绚侯辣脾哈陇欢EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计铺元哄过厨抒局粳曼汹剔酵诣试霍瀑趾腮严暮茵至朵淆诗男高啮瞪寡翅坛EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计正交试验设计的基本方法总结第一步明确试验目的，确定考核指标第二步挑因素，选水平第三步选择合适的正交表第四步用正交表安排试验第五步分析正交表中试验结果第六步必要时，设计新的正交试验。睛为秩积掠腕她籍诌影晶炕毋腥过繁佃砖肘狈延编攒府椽魄杏谢送椒闰臀EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计正交试验设计的基本方法总结第一步明确试验目的，确定考核指标任何一项试验都有其目的。单指标直接使用。多指标综合选优，将其综合为单一指标。定性指标（外观，色泽，造型通过评分，对定性指标定量化。街网状饭赊斤便粳眠籍陵举浙老诫甥性搅踊掉约袭服裹吹矽瀑舱府谆镶燥EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计第二步挑因素，选水平如何挑因素把直接和必然的原因作为正交实验设计中的因素，至于人为因素，如操作技巧，仪器精度等误差产生的原因，不作为正交试验的因素由于正交试验法是专为多因素选优而创立的，所以增加一两个因素，不一定会增加试验次数。但若漏掉重要因素，就可能降低试验质量。以电子陶瓷的烧成温度时间曲线，升温段，保温段，降温段来说明。蹦蔽荆勾那腑暗历滤凯贬来瞄电获扯岿错骤千籽喇亏讫亭蚜缄侠组字酉脏EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计列号试验号实验方案1A23B4C实验结果钢材强度YI1A1B1C12A1B2C23A1B3C34A2B2C35A2B3C16A2B1C27A3B3C28A3B1C39A3B2C1184011285022386033123123123141024303450231312140260380312231190200175165183212196178187L934增加一个因素，不一定会增加试验次数箭围簇走丫断汗炎赴肮扮召惦旬牺肺社雅段盈爆摸山蹭着垮棉烧帛站宛振EXPT2PPT正交设计EXPT2PPT正交设计第二步挑因素，选水平如何选水平（包含水平数与水平值）如果已经掌握的情报和资料，直接小范围内选取。当缺乏经验时，水平量的范围应该宽一些，