化学试验设计1章、2章第1节2节

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1、化学试验设计张普敦序言1）这门课的由来2）自我介绍3）这门课的意义4）关于这门课的学习5）关于考核6）关于与其他学过的课程的联系7）拟采用的教学方法8）本课程包括以下内容：第一章绪论第二章正交试验的基本方法第一节单因素试验设计法第二节2k、3k…因子设计法第三节正交试验设计法第四节有交互作用的正交试验设计法第五节混合水平的正交试验设计法第六节正交试验设计法总结第三章正交试验设计中的方差分析第四章均匀试验设计法第五章单纯形优化设计法第六章化学试验设计法中的回归分析9）预修课程：无机化学，分析化学，有机化学，物理化学，高等数

2、学，线性代数10）参考书目：试验设计与分析，陈魁，清华大学出版社，1996年8月出版试验的设计与分析，王万中，茆诗松，华东师范大学出版社，1997年5月出版试验设计与分析，杨德，中国农业出版社，2002年出版优化试验设计法及其在化学中的应用，何为，电子科技大学出版社，2004年出版（第二版）分析化学手册第二分册，杭州大学分析化学教研室编，中国化工出版社分析化学手册第十分册，俞汝勤，梁逸增，中国化工出版社，化学计量学在分析化学中的应用，倪永年，科学出版社，2004年1月出版分析化学中的数理统计方法，郑用熙，科学出版社，19

3、86年10月出版第一章绪论先看个实际问题：我们同学有的毕业会进入宝洁、联合利华这样的大公司。那么你的上司让你开发一个新的洗涤剂时你怎么做呢？我给个建议：即使当时你还不清楚如何做，也要战战兢兢、硬着头皮接下这个工作。譬如说具体一点，现在给你个任务，希望你在很短的时间里（2个星期），开发出一个液体洗发水。你怎么办？接下工作后怎么办呢？唉声叹气？骂领导？还得干～～，食人俸禄，替人干活！这个产品开发的大体步骤？第一步，首先要了解最终产品要达到的指标；第二步，要查资料；第三步，对文献资料进行分析，确定因素及水平；第四步，设计试验方

4、案，通过试验确定最终的配方；第五步，用配方得到的产品进行实际的洗涤试验；最核心的部分是在第三、第四步，这两步就是试验设计要涉及的主要内容。第六步，如果未达到指标，查找原因，并返回进行配方调整。1.1试验设计方法的起源、发展状况当我们在做一个试验时，我们肯定不会盲目的去做，总有一个想法，这个想法就是如何才能完成这个试验，从而得到一个相对满意的结果。那么这个在做实验前的思想过程实际上就是一个试验设计的过程。本课程讲的就是如何通过一个科学的方法合理地安排试验，从而以较少的人力、物力、财力和时间的投入，取得一个最满意的效果。现代

5、试验设计方法起源于1930年代，迄今已由80多年的历史了。其整个发展过程分为五个阶段：第一阶段：早期的方差分析法。由于农业试验的需要，1930年代英国统计学家和数学家费歇(R.A.Fisher)（英国洛萨姆司太特试验农场的工程师）提出了方差分析法，并将其用于农业、遗传等领域的研究，取得丰硕的成果。“试验设计”的名称就是Fisher命名的。1930－40年代，在战争年代，由于军方的需求，该试验方法在美国、英国、苏联等得到了广泛的推广。随后，F.Yates,R.C.Bose,O.Kempthome,W.G.Cochran,D

6、.R.Cox和G.E.P.Box对试验设计都作出了杰出贡献，使该分支在理论上日趋完善，在应用上日趋广泛。第二阶段：传统的正交试验设计法。产生的背景：二战以后，日本面临着恢复发展的实际问题，他们把Fisher等人的试验设计方法作为质量管理技术的重要手段从英、美引进。我们知道日本人的模仿拓展能力是世界一流，这种试验设计思想在日本人手里得到了极大的推广应用。1950年代田口玄一等人在日本电讯研究所工作时对此法进行了较大的改进，发明了正交试验设计法，即用正交表安排试验的方法。并在方法解释方面更为深入浅出，通俗易懂。第三阶段：信噪

7、比设计和三阶段设计法。这也是1957年由田口玄一提出的。就是将正交表设计和方差分析相结合，使这种方法得到更广泛的应用。三阶段设计指系统设计、参数设计和容差设计的总称。事实上就是稳健及可靠性设计。第四阶段：均匀设计法和单纯形优化法。1962年，数学家Spendly首先提出单纯形优化法，后来该方法又不断经过改良。事实上单纯形优化是一个循序（序惯，sequential）寻优的过程，该方法的完成通常要和化学计量学结合使用。1981年，这是我国数学家方开泰和王元两位院士为解决导弹设计中的问题提出了均匀设计法，他们将华罗庚在50年代

8、末发展的数论方法应用于试验设计。第五阶段：化学计量学方法在试验设计中的应用。方差分析、一元和多元线性回归、聚类分析、模式识别以及人工神经网络等在正交设计、均匀设计中的成功使用等。试验设计方法在中国的发展：1950年代，开始涉足这一领域，尝试将其应用于工农业生产中；1960年代末，中科院系统所的科研人员提出很多简单易行