试验设计与数据处理

试验号 规范变•& 试验号 规范变•& 白然变•& xx>»zZ020351550.200.08391.00.41951.000.419552(2.0975)1.000.424015741.0试验结果J中心点5i步长55j+55j石河子大学2015至2016年第1学期2015级硕士生《试验设计与数据处理》试题题号一二三四五总分得分1、某化工产品的最大产量j受反应时间z和反应温度z的影响。现有的生产条件为Z]=35分钟，z=155oC。工厂为提高产能且为生产过程自动化控制提供较为准确的的控制模型，拟进行试验研究，探寻使化工产品收率最大的运行条件。当前使用的运行条件下，收率约为40%。工程师认为此区域不大可能包含最优值，因此决定先利用增加5个中心点的22析因试验设计方案收集数据拟合一阶模型，并应用最速上升法寻求最优生产条件区域。为此工程师根据经验选定试验范围：反应时间Z的变化范围为30〜40min；反应温度Z为150〜160°C。亦即将生产过程的当前运行条件设置在设计的中心点处。 21）在此范围内设计一个试验（试验为整体设计，求得回归方程），拟合一次回归模型j=P+PZ+PZ+£0 11 22其中8是随机误差。试验的目的是为了提高产量探寻优化方向。实验数据如下表表1.1试验号xxx(xx)y012炉「2/1111141.5211-1-140.931-11-140.041-1-1139.3为检验在区域内部回归方程是否拟合得好，在零水平上安排重复试验，结果如下表表1.2中心点试验号Z(x.)Z(x)y10135*^0F(0)02155202*(0)40.3235(0)155(0)40.5335(0)155(0)40.7435(0)155(0)40.2535(0)155(0)40.6j_=40.462）若所求模型的交互作用和弯曲性的检测都是不显著的，而总回归的F检验是显著的。回归系数％和b相对于它们的标准差都较大。研究人员就没有理由怀疑一阶模型的适合性，可供进一步研究使用。这样就找到了梯度方向，随即可安排快速登高试验计划。若下表为所安排快速登高试验计划，请给出梯度方向求解过程并予以说明。 表13

2+2X55J2.000.844515942.93+3X55J3.001.265016147.14+4X55J4.001.685516349.75+5X55J5.002.106016553.86+6X55J6.002.526516759.97+7X55J7.002.947016965.08+8X55J8.003.367517170.49+9X55i9.003.788017377.610+10X55J10.004.208517580.311+11X55J11.004.629017976.212+12X55 312.005.049518175.13）若工厂认为y=80.3已满足要求，接下去是在小区域内建立回归方程和对方程进行显著性检验。一个新的一阶模型在点［85,175］附近拟合。探测的区域对彳是［80，90］,对Z是［170，180］，于是，规范变量是再次用有五个中心点的22设计。试验计划见下表1.3。2表1.3因素试验号 自然变量 规范变量 试验结果yZZ%%%%% 1 90 180 1 1 2 1 12 1 795 2 90 170 1 1 1 1 780 3 80 180 1 1 1 1 770 4 80 170 1 1 1 1 765 5 85 175 1 0 0 0 799 6 85 175 1 0 0 0 803 7 85175 1 000800885175 1 000797 9 85 175 1 0 0 0 798 请求出一阶模型并进行相关检验分析。4）上述一阶模型交互作用和纯二次项的检测表明，模型不是合适的近似，说明一阶模型不能作为实际情况的近似，需要考虑用适当的高次多项式作近似。同时，真实曲面的弯曲性指明了试验已接近最优点。为更精确地确定最优点，在该点必须做进一步的分析。仅用表1.3的数据不能来拟合变量Z和Z的二阶模型。研究者决定采用序贯设计，在表1.3的数据基础上，增加m=2p=4个试验点，以增添试验数据，从而构成完整的中心复合设计试验方案，使之能收集足够的试验数据以拟合一个二阶模型。试验者在（气=±1.414,%=0）和（气=0，%=±1.414）处得到四个观察值。完整的数据组如表1.4所示。1 25宅1.4二元二次回归序贯设计试验方案表因素试验号%0%1%2%%(%2) %’1 1(%2) %’2 2试验结果yy2imc1 1 1(90)1(180) ] —(1) 0.385(1) 0.385— i —2SL5——6320.252 1 1 -1(170) -1 —(1) 0.385(1) 0.385——780— 60843 1 -1(80) 1 J (1) 0385(1) 0385—770— 59294 1 -1 -1 1 (1) 0385(1) 0385—765—585225my511.414(92.07)0(175)0y2(2)1.385(0) -0.61578.461465661-1.414(77.93)00y2(2)1.385(0) -0.61575.6—5715.36710(85)1.414(182.07)0(0) -0.615y2(2)1.38578.5616225810-1.414(167.93)0(0) -0.615y2(2)1.38577.0 5929m09 1 0 0 0 —(0)_-0615(0)_-0615——799——6384.01-L0- 1 0 0 0 —(0) 0615-^0) 0615—―m—―6448.09-1^—1— 0 0 0 (0) -0615(0) -0615―800—6400^2- 1 0 0 0 (0) -0615(0) -0615—79.7—635209131000—(0)_-0615—(0)_-0615—798―636804请解释此试验计划方案为何种设计类型，并给出回归模型。5）请用响应曲面法式分析法给出稳定点并求出法式判断稳定点的类型。此题用手工计算后再用统计软件计算，要求给出详细过程。2、设有四个自变量"...，拟合线性回归的小区域为：［10,15］，［1,2］，［25,35］，［75,85］，选用£8（27）正交表作试验计划，试验结果如表11.1.17：自然变量规范变量试验结果ZZZZx x x xy12 3 412 3 415 2 35 85111166.315 2 25 751 1 -1 -169.015 1 35 751 -1 1 -164.515 1 25 851 -1 -1 161.810 2 35 75-111-164.710 2 25 85-11-1162.210 1 35 85-1-11157.0-^0 1 25 75——1 1 1 1— 620 试拟合一次回归模型并进行相关回归方程检验。用手工计算后再用统计软件计算，要求给出详细过程。若最小二乘估计的回归方程为（关于编码变量）y=63.4375+1.9625x+2.1125x-0.3125x-1.6125x12 3 4用快速登高法寻最优区域，试给出梯度向量。3、某钢厂为了研发弹簧用镍铜合金代用材料，优选8%磷青铜生产中的加工度A与退火温度B，以便获得以下四种规格的材料：第一种抗拉强度75kgf/mm2以上第二种抗拉强度70kgf/mm2以上第一种抗拉强度65kgf/mm2以上第一种抗拉强度60kgf/mm2以上取A、B水平如下：加工度A：A］=30，A2=40，A3=50，A4=60（%）退火温度B：B］=150，B2=200，B3=250，B4=300（OC）将A、B各取四水平，按随机顺序作全面试验，然后随机抽取试样测量其抗拉强度，得数据如下表:B1B2B3B4A164.962.661.159.2A269.170.166.863.6A376.174.071.367.282.980.076.072.3试分析下述问题：1）加工度A、退火温度B与抗拉强度间的关系式（试配二元三次多项式回归方程）提示：y=b+bA+bB+bAB+bA2+bB2+bA3+bB300 10 01 11 20 02 30 032）求出满足第一种到第四种抗拉强度的加工度与退火温度的范围。

4、应用二次回归正交设计研究离合器片摩擦系数的变化规律。根据专业知识和以往的经验，选定接合压力z、滑摩速度z与表面温度z三个试验因1 2 3素，其变动范围是：接合压力z在2~4（105Pa）内变化，滑摩速度z在8~14（m-s1）内变化，表面温度运3在60~240（o%）内变化。技术人员决定应用二次回归正交设计研究离合器片摩擦系数的变化规律并取m0=3。表3三因素二次同归正交设计的试验计划因素(x2)x‘1 1(x2)x‘2 2(x2)x‘3 3试验结果试验号尤0尤1尤2尤3尤尤xxxx*1111(3.74)1(13.22)1(216.52)1110.3140.3140.3140.680.46242111-1(83.48)1-1-10.3140.3140.3140.460.2116311-1(8.78)1-11-10.3140.3140.3140.520.2704m411-1-1-1-110.3140.3140.3140.480.230451-1(2.26)11-1-110.3140.3140.3140.600.3661-11-1-11-10.3140.3140.3140.500.2571-1-111-1-10.3140.3140.3140.490.24018—1—--1 —-1 -1 —1—110.3140.3140.3140.470.22090.291691y(4)0(11)0(150)0001.145-0.686-0.6860.54101T(2)000001.145-0.686-0.6860.530.2809my1110(3)1.353(14)0000-0.6861.145-0.6860.550.30251210-1.353(8)0000-0.6861.145-0.6860.450.2025131001.353(240)000-0.686-0.6861.1450.540.2916-^4-—1——0 —0—-1252(60)—0— 0— 0—-0.686—-0.686—1.145—0.460.21160.25m0151000000-0.686-0.686-0.6860.50161000000-0.686-0.686-0.6860.480.230417—1——0 0— 0—―0— 0— 0—-0.686-0.686-0.686―0^2—0.2704要求给出实验方案设计说明、手工计算及软件分析详细操作过程。5、我国内地31个省市自治区2001年工业生产情况的8项指标数据，如表18.2.9（中国统计年鉴2002），其中，变量（或指标，Variables）依次为：（1）工业总产值，（2）工业增加值，（3）实收资本，（4）资产合计，（5）流动负债合计，（6）产品销售收入，（7）销售利润，（8）本年应交增值税。样品（或个案，Cases）依次为我国内地31个省市。试对我国内地31个省市自治区2001年得工业生产情况：1） 进行观测值（样品）凝聚分层聚类分析；2） 进行变量（或指标）凝聚分层聚类分析。表331个省市自治区2001年工业生产情况统计表序号省市总产值增加值收资本资产负债收入俏润增值税序号省市总产值增加值收资本资产负债收入销润增值税101112131415北京天津河北山西2146.34500.061881525.271933.58690.74789.7297.96959.753416.51283.792232.48198.183.11927.593200.81236.481976.86258.2285.8912.554015.551517.842123.23291.79122.66609.572437.34805.71816.28134.8956.417181920湖北湖南广东广西2027.9679.2990.443903.231438.461974.46280.36105.651113.16405.99438.712139.48855.531075.13150.217534.72106.082329.259442.773914.347743.02964.71709.49235.5318.181426.43578.11689.65109.7170.09293.149.22内蒙古辽宁吉林610.18223.53492.111600.19497.12616.7679.0237.093236.26916.291635.556398.332527.983398.32392.88150.071497.32455.64679.222708.371147.561463.9199.2176.31黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东16河南1980.991092.791039.413680.891468.182046.26654.49166.344728.151387.182721.668171.752651.17986.83669.94212.96371.661683.762021.357812.73339.786364.58666.34253.482855.2774.141178.04394.611775.15522.75663.23202.68868.063871.921415.243007.84364.65138.02640.142215.71833.191152.19147.267.75660.592404.45858.441684.87183.9360.63337.581432.53583.73656.8878.2738.045987.081973.491953.588256.413299.626145.01837.46290.741856.23618.97765.673671.61505.651853.24229.5393.47^2122232425262728293031海南重庆四川贵州云南陕西150.41795.791622.01415.78915.18947.2440.2235.08578.22149.55489.64330.34105.16282.62 93.8133.6415.26461.181635.15741.06813.24101.44729.063918.91466.631641.77259.6315.531219.35370.912007.06653.412281.337.3543.0289.16451.01727.04933.48415.0765.37921.05177.55946.46166.4130.6379.6549.63甘肃青海宁夏新疆西藏622.63133.14199.83676.015.03196.453.6960.63310.132.91296.821340.46112.19603.77100.33467.7391.661393.634.6615.31要求给出软件分析详细操作过程并对结果进行尝试性探讨分析。498.1186.06179.44465.083.28559.7464.45146.831.82204.8323.91684.26142.635.781.8930.6210.2911.0740.86序号省市总产值增加值收资本资产负债收入俏润增值税序号省市总产值增加值收资本资产负债收入销润增值税101112131415北京天津河北山西2146.34500.061881525.271933.58690.74789.7297.96959.753416.51283.792232.48198.183.11927.593200.81236.481976.86258.2285.8912.554015.551517.842123.23291.79122.66609.572437.34805.71816.28134.8956.417181920湖北湖南广东广西2027.9679.2990.443903.231438.461974.46280.36105.651113.16405.99438.712139.48855.531075.13150.217534.72106.082329.259442.773914.347743.02964.71709.49235.5318.181426.43578.11689.65109.7170.09293.149.22内蒙古辽宁吉林610.18223.53492.111600.19497.12616.7679.0237.093236.26916.291635.556398.332527.983398.32392.88150.071497.32455.64679.222708.371147.561463.9199.2176.31黑龙江上海江苏浙江安徽福建江西山东16河南1980.991092.791039.413680.891468.182046.26654.49166.344728.151387.182721.668171.752651.17986.83669.94212.96371.661683.762021.357812.73339.786364.58666.34253.482855.2774.141178.04394.611775.15522.75663.23202.68868.063871.921415.243007.84364.65138.02640.142215.71833.191152.19147.267.75660.592404.45858.441684.87183.9360.63337.581432.53583.73656.8878.2738.045987.081973.491953.588256.413299.626145.01837.46290.741856.23618.97765.673671.61505.651853.24229.5393.47^2122232425262728293031海南重庆四川贵州云南陕西150.41795.791622.01415.78915.18947.2440.2235.08578.22149.55489.64330.34105.16282.