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试验设计与数据处理 材料科学与工程学院 常用的几种数理统计方法简介 排列图法 因果分析法 直方图法 管理图法 工序能力法 正交试验法 相关分析法 网络分析法 排列图法 因果分析图 正交设计 应用背景： 普通试验设计方法 引入正交设计 正交设计初步 正交设计灵活应用 多指标正交设计、不等水平正交设计、有交互作用的正交设计 正交设计方差分析 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 探索性试验：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） 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 试验为什么要设计？ 材料生产模型化需要使用大量的实验数据，如何取得典型信息以使建立起来的过程模型具有准确性和通用性，如何用较少的实验数据反映现象及生产过程的规律，这在实际的材料实验中有着特别重要的意义。因此有必要研究获取高质量实验数据，减少盲目增加实验次数带来损失的方法，这就是试验设计的内容。 试验设计的基本宗旨 ①最大限度地提高试验效率 ②最大限度地提高试验精度 实验设计基本要素 ①指标—— 用来衡量试验效果好坏的特征值。 ②因素—— 对实验指标有影响的原因或要素。 ③水平—— 因素在实验中所处的不同状态，可 能引起指标的变化。 1）指标——用来衡量试验效果好坏的特征值 ①指标分类： a)定量指标（数量指标，如强度、重量、产量、合格率、成活率、废品率、转化率等。） b)定性指标 （非数量指标，如颜色、味道、光泽等） ②指标的选择要求： 选择客观性强的指标，选择易于量化即经过仪器测量而获得的指标；选择灵敏度高的指标，选择精确性强的参数作为指标。 2）因素——对实验指标有影响的原因或要素 因素也称为因子，它是在进行实验时重点考察的内容。 因素一般用大写字母ABC……来标记，如因素A、因素B、因素C等。 ①因素分类： a)可控因素（温度、时间、种类、浓度……） b)不可控因素（风速、气温、……） ② 选择因素的原则 a）抓住主要因素（将影响较大的因素选入试验）同时要考虑因素之间的交互作用。 b）找出非主要因素，并使其在实验中保持不变，以消除其干扰作用。 3）水平——因素在实验中所处的不同状态 选择水平的原则： ①水平宜取三水平为宜 ②水平应是等间隔的原则 ③水平是具体的 ④水平的选择必须在技术上现实可行。 举例 例1：某化工工程师欲研究化学反应温度（60℃、70℃、80℃）、反应时间（1h、1.5h、2h）、催化剂用量（2kg、2.5kg、3kg）对产品产量（指标）的影响，根据找出的规律，确立最佳生产条件。 例2：考察3种不同类型的电路对某种自动开关的响应时间（ms）的影响 指标：响应时间 因素：电路类型 水平：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 例3：某地想移植外地的优良小麦品种，选了A、B、C三种品种进行试验，看那一种品种在本地更合适一些？ （1）一种试验的方法是把三种品种种在图①所示的三块田里。如果试验的结果是品种A产量最高，B其次，C最少，我们能否下结论说品种A在本地最合适呢？ 仔细观察一下就会发现，三种品 种尽管种在相邻的三块地上，但 三块地的土质不会完全一样，如 果正好种A的这块田土质等条件 ① 最好，种B的那块田稍次， 种C的那块田最差，那么A的产量高并不一定说明A最适合本地生产。 这是品种的好坏与土壤的情况混杂在一起，给如何下结论带来了困难。因此，图① 的这种设计显然是不好的。