实验设计-2012级.ppt

实验设计 冶金工程121班 实验设计的基本概念 一、指标 定义：在实验设计中，把判断实验效果好坏所采用的标准称为实验指标。 例：在材料力学性能实验中，常把材料的强度与苏醒等作为主要的试验指标。 二、因素（或称因子） 定义：将有可能影响实验指标的条件，称为因素。 例：影响合金强度的因素有合金元素的含量，淬火温度及回火温度等。 三、水平 定义：通常把影响实验指标的因素加以控制、分组。每个分组称为因素水平。 例：合金强度实验中，某合金元素的不同含量、不同的回火温度等均为相应元素的不同水平。 实验设计的基本原理 什么是实验设计？ 实验是研究者在某个研究领域中进行的，通常是要发现关于一个特定过程或系统的某些现象和规律。 一个设计的实验是一次试验或一系列试验，它对一过程或系统的输入变量作一些有目的的改变，以便能够观测到和识别出可在输出响应中观测到的变化的缘由。 实验目的包括？ 实验设计，广义理解是指实验研究课题设计，也就是整个实验计划的拟定。 主要包括课题的名称、实验目的、研究依据、内容及预期达到的效果、实验方案、实验单位的选取、重复数的确定、实验单位的分组、实验的记录项目和要求。实验结果的分析方法、经济效益或社会效益，已具备的条件，需要购置的仪器设备，参加人员的分工，实验试剂、地点、进度安排和经费预算，成果鉴定，学术论文撰写等内容。 实验设计，狭义的理解是指试验单位的选取，重复数目的确定及实验单位的分组。 实验设计的目的是避免系统误差，控制、降低实验误差，无偏估计处理效应，从而对样本所在总体做出可靠、正确的推断。 实验设计的基本原理 重复 随机 区组化 例：想要研究两种不同的淬火工艺（油淬和盐水淬）对一种铝合金的效应。 一、重复 即基本实验的重复进行。（重复是油淬处理一块试样和盐水淬处理一块试样所组成。） 重复的优点： ①可得到实验误差的一个估计量； ②一定的重复次数，可使实验误差足够小；可求得实验因素的效应更为精确的估计量。 二、随机化 在上例中，如果试样厚度稍有差异，而如果所有经受油淬的试样都厚于经受盐水淬的试样，则淬火介质的效应与厚度效应难以区分。 方法：给淬火介质随机的分派试样。 含义：实验材料的分配和实验的各个实验进行的次序，都是随机确定的。 优点： ①随机化可使观测值（或误差）是独立分布的随机变量。 ②有助于“平均出”可能出现的外来因素的效应。 含义：一个区组是一个相对均匀的实验单元，是对完全随机化的一种约束，实验仅仅在区组内部是随机化的。 即配对比较设计：更一般的称为随机区组设计的设计类型的特殊情况。 区组：一个相对均匀的实验单元，并且区组表示对完全随机化的一个约束，因为实验仅仅在区组内部是随机化的。 优点：可提高实验精确度。 常用实验方法介绍 一、全面实验法 定义：把全部因素的所有水平都一一搭配起来，进行实验。选择因子的任意组合。测试它们，观测发生了什么。每次实验改变一个或两个因子的水平，这种方法几乎可以无限期的继续下去，称为最佳猜测法。 分析： ①通过全面实验能够找出最好的搭配方案。 ②费时费工，有时甚至不可能实现。 ③除了一些简单的情况外，一般不进行全面实验。 二、一次一因子（简单对比法）。 简单对比法是每次实验时只变化其中一个因素的水平，其余的固定，然后逐步的得到最优方案的实验方法。对每个因子选择初始点，或者水平的初始组合，然后在保持其他因子在初始水平不变的条件下，让每一个因子在其所允许的范围内进行连续变动。当所有实验都做完后，就可以做出一系列的图形，来显示响应变量如何受各个单因子变化（即保持其他因子不变）的影响。 三、正交实验设计法 处理多个因子的正确方法是析因实验，是所有因子一次变化，而不是一次变一个。 然后进行正交分析。 实验设计指南 1）问题的识别与表述——如何提问！ 2）响应变量的选择——测量特性的平均值或