实验设计与数据处理

实验设计与数据处理

第一章概论一、《实验设计与数据处理》课程的目的、意义任何自然科学都离不开实验，大多数学科（化工、化学、轻工、材料、环境、医药、热工等）中的概念、原理和规律大多由实验推导和论证的。如最佳的配方、工艺条件，产品性能的优化，对产品质量、环境质量作出评价等。“实验设计与数据处理”课程是以概率论数理统计、专业技术知识和实践经验为基础，经济、科学地安排试验，并对试验数据进行计算分析，最终达到减少试验次数、缩短试验周期、迅速找到优化方案的一种科学计算方法。它主要应用于工农业生产和科学研究过程中的科学试验，是产品设计、质量管理和科学研究的重要工具和方法。通过本课程的教学，使学生掌握试验数据统计分析的基本原理，并能针对实际问题正确地运用。学好本课程，为将来从事各专业科学研究打下基础。农业领域道路桥梁

工业产品（一）实验的分类验证性实验：对已知的理论进行验证，以加深对理论的认识探索性实验：为了揭示尚未完全认识的事物，发现其发生与发展的规律，以完成工程与科研任务，具有很强的探索性（工程中经常碰到）（二）实验过程实验准备→实验→实验数据分析处理1．实验准备①提出问题，弄清实验目标②设计实验方案（实验设计）③拟订实验大纲④实验设备、测试仪器的准备2．实验（1）测试（2）记录3．实验数据的分析、处理通过一定的方法对实验数据进行整理、分析，去伪存真，提炼出我们需要的信息，以发现事物的规律。4．提交实验报告或科研报告二、主要内容1．实验设计①单因素实验设计（均分法，对分法，0.618法，分数法）②双因素实验设计③多因素实验设计（正交实验设计）2．数据处理①实验误差分析②实验数据整理③实验数据分析（直观分析法、方差分析、回归分析）参考文献

①郑少华、姜奉华《试验设计与数据处理》，中国建材工业出版社，2004年3月第1版，51.727/Z429（适合材料科学与工程、化工、机械、农业、医药等专业）②方萍、何延《试验设计与统计》，浙江大学出版社，2003年6月第1版（适合环境与资源相关专业、生命科学、农业科学、医学）③[美]DouglasC.Montgomery著《实验设计与分析》中国统计出版社，1998年6月第1版（电工等专业）④杨德《试验设计与分析》，中国农业出版社⑤王万中《试验的设计与分析》，高等教育出版社第二章实验设计第一节概论实验设计——是指为节省人力、财力、迅速找到最佳条件，揭示事物内在规律，根据实验中不同问题，在实验前利用数学原理科学编排实验的过程。以概率论与数理统计学为理论基础，为获得可靠试验结果和有用信息，科学安排试验的一种方法论，亦是研究如何高效而经济地获取所需要的数据与信息的方法。正确的实验设计不仅节省人力，物力和时间，并且是得到可信的实验结果的重要保证。即经过设计的实验，效果大大提高，与不经过设计的实验相比，情况大不相同。广义上说，实验设计包括明确实验目的，确定测定参数，确定需要控制或改变的条件，选择实验方法和测试仪器，确定实测精度要求，实验方案设计和数据处理步骤等。1．实验设计的发展过程

20世纪初：英国生物统计学家费歇尔（1890-1962）首次提出了“试验设计”术语。实验设计方法最早应用于农业、生物学、遗传学方面。在农业方面主要是进行品种对比、施肥对比等。

20世纪40年代，英美两国开始在工业生产中应用，如改变原料配比或工艺生产条件，寻找最佳工况。50、60年代：日本田口玄—博士创造了正交试验设计法。日本电讯研究所研制的“线形弹簧继电器”，使电话机收听效果大为改进，为日本电讯事业的发展起到了不可估量的作用。50年代：我国中科院数学研究所在正交实验设计的观点、理论和方法上有了新的创见，编制了一套较为适用的正交表，简化了实验程序和实验结果分析方法。目前，实验设计已广泛应用于各个领域。2．实输验设掀计的郊基本浮宗旨①最大坑限度类地提芽高实视验效率②最脂大限说度地躺提高字实验精度3．实绣验设南计基哪本要佛素①指标——用来艇衡量祖试验霜效果尚好坏浆的特斑征值废。②因素——对实签验指动标有担影响印的原欧因或底要素歌。③水平——因素形在实站验中筑所处猴的不适同状避态，奋可辨能引野起指攀标的增变化哗。1）指蜜标——用来瓜衡量密试验古效果婚好坏脉的特晌征值①指标个分类件：a)定量指标榜（数播量指使标，钉如强狠度、佳重量爸、产墓量、泰合格泽率、孙成活原率、圾废品习率、搏转化胃率等尽。）b)定性指标扰（固非数舌量指蓝标，泉如颜狭色、磁味道吓、光亮泽等桥）②指睬标的百选择暗要求产：选择客观光性强的指冲标，饶选择易于既量化即经宰过仪膜器测揭量而呢获得梁的指灶标；沟选择灵敏研度高的指捡标，年选择精确市性强的参鬼数作义为指疫标。2）因苹素——对实两验指揭标有舒影响截的原坟因或宇要素因素仔也称伴为因车子，情它是浴在进配行实绸验时尾重点挖考察羞的内墙容。因素什一般途用大泉写字吓母AB申C……来标怕记，既如因抵素A、因吵素B、因郊素C等。①因甲素分孙类：a)可控因素躲（温农度、聪时间弓、种忆类、逆浓度……）b)不可思控因素风（风念速、内气温扛、……）②选择霉因素皱的原丹则a）抓男住主馋要因夹素（注将影吉响较住大的瓶因素亿选入筐试验挨）同铺时要恶考虑往因素豪之间凯的交烫互作呈用。b）找旁出非虏主要蕉因素边，并准使其艰在实观验中蕉保持态不变奴，以冶消除恢其干即扰作撇用。3）水平——因素订在实域验中勺所处歼的不思同状踏态选择杂水平援的原责则：①水努平宜趋取三乌水平棕为宜②水陵平应沫是等鸡间隔灯的原励则③水倦平是乒具体旬的④水节平的途选择姐必须越在技栏术上脾现实及可行势。举例例1：某薯化工丹工程侄师欲左研究类化学棉反应尽温度恩（60网℃、70云℃、80豪℃）、每反应扶时间祥（1h、1.料5h、2h）、县催化丢剂用笼量（2k殃g、2.蝴5k僵g、3k副g）对受产品躁产量薄（指搞标）烧的影爽响，叨根据君找出仅的规尝律，且确立航最佳硬生产屠条件尸。例2：考脚察3种不葬同类钻型的胞电路却对某主种自愤动开斗关的闭响应月时间脑（ms）的柱影响指标起：响高应时句间聪因效素：帐电路诸类型水平负：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ举队例例3：研抵究纸才浆中慨木材金浓度虹的分兴率、倚容器锹的压笋强、凶煮浆葡时间凳对纸歇张强泪度的垒影响军。指标：纸兼张强呢度因素京及水谅平：纸浆砖中木鸟材浓预度的悔分率(%躁)番2、4、8容器示的压描强(k铜Pa恒)阵40科0、50村0、65副0煮浆现时间(h忧)他3、4举乓例例4：直厨接过荐滤实屡验中妙，欲枯考察怀混凝胞剂硫小酸铝即投量垫，助肝剂聚拔丙烯巴酰胺厦投量沙，滤想速对添过滤拍周期端平均谈出水嚼浊度蝴的影卵响。实验指标：过奏滤周灭期平洗均出建水浊苦度因素之及水恼平：混凝棵剂投贞量（mg宅/L）（10、12、1）助凝返剂投作量（mg销/L）（0.毁08、0.母15、0.私30）滤如速售（m/匪h）穗（8、10、12）4．实盐验设男计方统法针对厘不同收的具悉体情秀况，较有不北同的汗实验稿设计案方法轨。单因吩素试怒验设颗计双因宅素试急验设灯计正交驼实验劫设计各种鹅试验滴方法千的目巾的、构出发涝点各婆不相仔同。5．实会验方呢案设扩计的头步骤①明确滤实验刺目的胆，确捕定实薯验指掘标。②挑氏选因格素，诱选取惠水平饼。③选捎定实午验设悦计方侍法。④实镇验点葵安排相。6．强坝烈推敢荐掌规握的几类艺实验以方案招设计1)热f废ac泼to砍ri室al红d轻es辈ig摸n排(F半D)2)施c咱en盖tr