正交试验设计综述.ppt

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1、正交试验设计综述试验设计是数理统计学的一个重要的分支。多数数理统计方法主要用于分析已经得到的数据,而试验设计却是用于决定数据收集的方法。试验设计方法主要讨论如何合理地安排试验以及试验所得的数据如何分析等。引例例某化工厂想提高某化工产品的质量和产量,对工艺中三个主要因素各按三个水平进行试验(见表)。试验的目的是为提高合格产品的产量,寻求最适宜的操作条件。对此实例该如何进行试验方案的设计呢?很容易想到的是全面搭配法方案:此方案数据点分布的均匀性极好,因素和水平的搭配十分全面,唯一的缺点是实验次数多达33=27次.因此需要寻找一种合适的试验设计方法。1.试验设计的基本概念30年

2、代,由于农业试验的需要,费歇(R.A.Fisher)在试验设计和统计分析方面做出了一系列先驱工作,从此试验设计成为统计科学的一个分支。60年代,日本统计学家田口玄一将试验设计中应用最广的正交设计表格化1.试验设计的基本概念因子:将试验中要加以考察而改变状态的因素称为因子,如在工业生产中,影响产品质量的因子有原材料、工艺条件、工人技术水平等,常用A,B,C等大些英文字母表示。水平:因子在试验中所取得状态称为水平,如果一个因子在试验中取k个不同状态,就称该因子有k个不同水平。因子A的k个水平常用A1,A2,…Ak表示。1.试验设计的基本概念试验指标:衡量试验条件好坏的特性(可

3、以是质量特性也可以是产量特性或其它)称为指标,它是一个随机变量。为了方便起见,常用x表示。正交试验设计:来选择最佳的或满意的试验条件,即通过安排若干个条件进行试验,并利用正交表的特点进行数据分析的一种常用的试验设计的方法。1.试验设计的基本概念正交表:是一种规划的表格,各种各样的正交表都已构造出来了,详见附表6。1.试验设计的基本概念正交表的特点(1)每一列中,不同的字码出现的次数相等。如表中,字码“1“和“2”各出现两次;(2)任意两列中,将同一行的两个字码看成有序数字对时,则必然构成完全有序数字对:(1,1)、(1,2)、(2,1)、(2,2),其中每种数字对均出现一

4、次。1.试验设计的基本概念正交的类型:若记一般的正交表为Ln(qp),则:(1)正交表的行数n,列数p,水平数q间有如下关系n=qk,k=2,3,4,…,p=(n-1)/(q-1)如二水平正交表L4(23),L8(27),L16(215),L32(231)等,三水平正交表L9(34),L27(313)等,这一类正交表不仅可以考察各因子对试验指标的影响,还可以考察因子之间的交互作用影响。(2)另一类正交表的行数,列数,水平数之间不满足上述的两个关系,往往只能考察各因子的影响,不能用这些正交表来考察因子间的交互作用。如二水平正交表L12(211),L20(219)等,三水平正

5、交表L18(37),L36(313)等,混合水平正交表L18(2×37),L36(23×313)等。2无交互作用的正交设计例16.1磁鼓电机是彩色录像机磁鼓组建的部件之一,按质量要求其输出力矩应大于210g.cm。某生产厂过去这项指标的合格率较低,从而希望通过试验找出好的条件,以提高磁鼓电机的输出力矩。2无交互作用的正交设计试验的步骤1.确试验目的。试验前,首先要明确试验目的,即通过试验想解决什么问题。是为了改进质量,还是为了提高产量,或是为了保护环境,等等。在本例中试验的目的是提高磁鼓的电机的输出力矩。2.明确试验指标。试验指标用来判断试验条件的好坏,在本例中直接用输出

6、力矩作为考察指标,该指标越大表明试验条件越好。3.确定因子与水平。在试验前首先要分析影响指标的因子是什么,每个因子在试验中取那些水平。在本例中,经分析影响输出力矩的可能因子有三个,它们是A:充磁量B:定位角度C:锭子线圈匝数2无交互作用的正交设计4.选用合适的正交表,进行表头设计,列出试验计划。首先根据在试验中所考察的因子水平数选择具有该水平数的一类正交表,再根据因子的个数具体选定一张表。在本例中所考察的因子是三水平的,因此选用三水平正交表,又由于现在只考察三个因子,所以选用L9(34)即可。2无交互作用的正交设计在不考虑交互作用的场合下,可以把因子放在任意的列上,一个因

7、子占一列。譬如在本例中将三个因子分别置于前三列,将它写成如下的表头设计形式:2无交互作用的正交设计2无交互作用的正交设计5.将实验结果记录在对应的试验条件后面。例16.1的试验结果见表16-32无交互作用的正交设计3正交试验的操作方法(1)分区组。对于一批试验,如果要使用几台不同的机器,或要使用几种原料来进行,为了防止机器或原料的不同而带来误差,从而干扰试验的分析,可在开始做实验之前,用L表中未排因素和交互作用的一个空白列来安排机器或原料。与此类似,若试验指标的检验需要几个人(或几台机器)来做,为了消除不同人(或仪器)检验的水

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