10QC小组教材12章(上)概论.ppt

QC小组基础知识（12上） 东阿电业 2007.7 正交试验设计 第一节 正交试验法 一、概述 什么是正交试验设计法?正交试验设计法(简称正交试验法)就是利用正交表来合理安排试验的一种方法。 安排任何一项试验，首先要明确试验的目的是什么?用什么指标来衡量考核试验的结果?对试验指标可能有影响的因素是什么?为了搞清楚影响的因素，应当把因素选择在哪些水平上? 指标 指标就是试验要考察的效果。能够用数量来表示的试验指标称为定量指标，如重量、尺寸、时间、温度等等。不能用数量来表示的试验指标称为定性指标，如颜色、外观、味道等等。在正交试验中，主要涉及可测量的定量指标。常用X、Y、Z来表示。 因素 因素是指对试验指标可能产生影响的原因。因素是在试验中应当加以考察的重点内容。一般用大写拉丁字母A、B、C......来表示。在试验中，能够人为地加以控制和调节的一类因素称为可控因素，如时间、温度、重量等等。由于试验条件受到限制，暂时还不能人为加以控制和调节的因素称为不可控因素。如机器轻微振动、自然环境的变化、颜色变化等等。在正交试验中，只选取可控因素参加试验。 水平 水平是指因素在试验中所处的状态或条件。对于定量因素，每一个选定值即为一个水平。水平又叫位级。日本型正交试验法中习惯称“水平”，而中国型正交试验法中习惯称位级。以后在叙述时仍沿用这一习惯，不予更改。在正交试验中，常用阿拉伯数字1、2、3……来表示。在试验中需要考察某因素的几种状态时，则称该因素为几水平（位极）的因素。 二、正交表 设计安排正交试验时需要用到一类已经制作好的标准化的表格，这类表格称为正交表。它是正交试验法的基本工具。最简单的正交表如下图： 最简单的正交表 含义总结 正交表的两种性质 （1）均衡分散性。由于每一列中各种字码出现相同的次数，这就保证了试验条件均衡地分散在配合完全的水平（位级）组合之中，因而代表性强，容易出现好条件。 正交表的两种性质 （1）整齐可比性。由于任意两列中全部有序数字对出现相同的次数，即对于每列因素，在各个水平（位级）的结果之和中，其他因素各个水平（位级）的出现次数都是相同的。这就保证了在各个水平（位级）的效果之中，最大限度地排除了其他因素的干扰，因而能最有效地进行比较，作出展望。 正交试验效率高、效果好的主要原因正是由它的这两种性质所决定的。 三、常用正交试验设计与分析 常用正交试验设计与分析的步骤： ⑴明确试验的目的； ⑵确定考察的指标； ⑶挑因素，选水平（位级）； ⑷设计试验方案 三、常用正交试验设计与分析 ⑸实施试验方案； ⑹试验结果分析，有：目测法、极差分析法、画趋势图法、方差分析法等。 ⑺反复调优试验方案以逼近最优方案； ⑻验证试验并通过生产验证确认较优方案； ⑼结论与建议。 例题 （一）明确试验目的 2，4——二硝基苯肼是**化工厂的一种试剂产品。过去的工艺过程长、工作量大，且产品经常不合格，今采用2，4——二硝基苯肼（以下简称氯代苯）与水合肼在乙醇作溶剂下合成的新工艺，小试已初步成功，但产率只有45%，希望通过正交试验，找出好的生产条件，达到优质增产的目的。 例 题 （二）确定考察的指标 要考察的指标： 产率（%）； 外观（颜色）。 例题 （三）挑因素，选水平，制定因素水平表 影响试验结果的因素是多种多样的。通过分析矛盾，决定本试验考察乙醇用量、水合肼用量、反应温度、反应时间、水合肼品种和搅拌速度六种因素。 对于这六种要考察的因素，现分别按具体情况选出要考察、比较的条件。 因素A——乙醇用量 第一水平A1=200ml，第二水平A2=0ml（即不用乙醇，挑选这个因素与相应的水平，是为了考察一下能否省下乙醇，砍掉中途加乙醇这道工序）。 因素B——水合肼用量 第一水平B1等于理论量的2倍；第二水平等于理论量的1.2倍。 水合肼的用量应超过理论量，但应超过多少？心中无数。经过讨论，选了2倍和1.2倍两个水平来试一试。 因素C——反应温度 第一水平C1=回流温度；第二水平C2=60℃。 回流温度容易掌握，便于操作，但对反应是否有利呢？现另选一个60℃来比较。 因素D——反应时间 第一水平D1=4h；第二水平D2=2h。 因素E——水合肼纯度 第一水平E1等于精品（浓度为50%）；第二水平E2等于粗品（浓度为20%）。 考察本因素是为了看看能否用粗品代替精品，以降低成本与保障原料的供应。 因素F——搅拌速度 第一水平等于中速；第二水平等于快速。 考察本因素及反映时间D，是为了看看不同的操作方法对产率和质量的影响。 （四）设计试验方案 1、因素顺序上列 按照因素位级表中固定下来的六种因素的次序，把A（乙醇用量）、B（水合肼用量）、C（反映温度）、D（反映时间）、E（水合肼纯度）、F（搅拌速度），顺序地放到选定的正交表的六个纵列上，每列上放一