第六章-均匀试验设计.ppt

6.3 均匀试验设计 引子：黎元生留学加拿大随笔 他们的研究方法是用含硫模型化合物和溶剂与水混合，然后在高压反应釜中通一氧化碳反应，考察脱硫效果。由于重点放在考察脱硫上，他们并没有用真正意义上的乳状液做过试验。听说我研究过沥青乳液，教授给我的任务就是制备出稳定的含模型化合物的甲苯─水乳液。我以前并没有研究过轻油的乳化，当时心里一点底也没有，但我仍信心十足地答应了下来。 　　我一面订购乳化剂，一面把从国内带去的“均匀设计与统计调优软件包”安装在实验室的微机里，当然在安装之前要经过系里的电脑管理员对我的软件进行查毒，并把试验方案设计好。由于心里没底，我计划从5种乳化剂中筛选乳化配方，加上油和水的比例，一共是6个自变量。同时我又设计出一种快速评价乳液稳定性的方法，将稳定性试验结果作为考察变量。订的乳化剂来了以后，我就开始了紧张的试验和评价工作。 均匀设计表的这一性质和正交表有很大的不同，因此，每个均匀设计表必须有一个附加的使用表。 试验设计的共性问题 试验设计过程必然离不开试验基础内容的构思（包括试验的评价指标；试验的因素、水平的选择和试验次数的拟定等）、试验结果数据分析等共性方面的问题。 试验的因素和水平的选择关系到一个试验能否成功的关键，下列的注意事项和建议对使用试验设计（当然也包括均匀设计）的人员应该是有益的： （1） 因素的含义：在一个试验过程中，影响试验指标的因素通常是很多的，通常固定的试验因素在试验方案中并不称为因素，只有变化的因素才称为因素； （2） 关于因素数量：在一项试验中，因素不宜选得太多(如超过10个)，那样可能会造成主次不分；相反地，因素也不宜选得太少（如只选定一、二个因素），这样可能会遗漏重要的因素，或遗漏因素间的交互作用，使试验的结果达不到预期的目的； （3） 关于各因素的水平范围：试验水平范围应当尽可能大一点。如果试验在实验室进行，试验范围大比较容易实现；如果试验直接在生产中进行，则试验范围不宜太大，以防产生过多次品，或产生危险。试验范围太小的缺点是不易获得比已有条件有显著改善的结果； （4） 关于因素的水平数：若试验水平范围允许大一些，则每一因素的水平个数最好适当多一些； （5） 关于因素的水平间隔：水平间隔的大小和生产控制精度是密切相关的。如不切实际地降低试验的水平间隔，在试验范围确定了的情况下必然会引起试验次数的增加；而因素水平间隔太大，其试验结果的中不确定性成分也必然增加； （6） 因素和水平的含意可以是广义的：例如五种棉花用于织同一种布，要比较不同棉花影响布的质量的效应，这时“棉花品种”可设定为一个因素，五种棉花就是该因素下的五个水平。 第 4步: 直观分析 从表 6.3.5中试验数据可见，第7号试验的指标值最大，第7号试验对应的条件即为较优的工艺条件，即：原料配比3.4，吡啶总量28，反应时间3.5。 试验区域，为 原料配比:1.0---3.4吡啶总量:10----28反应时间:0.5---3.5 第 5步: 确定实验条件（可进行回归分析进一步优化） 原料配比3.4，吡啶总量28，反应时间3.5。 试验区域，为 原料配比:1.0---3.4吡啶总量:10----28反应时间:0.5---3.5 这些条件就是试验寻求的更佳工艺参数 在啤酒生产的某项试验中，选定2个因素，都取9个水平，进行均匀试验。 因素水平如下表所示。试验指标为吸氨量（g），越大越好。? 表 啤酒生产因素水平表 例7.3-2 :啤酒工艺试验 试验方案设计。显然，选U9(96)表比较合适，由U9(96)的使用表可知：因素z1,z3应安排在1，3列， 试验方案及试验结果见下表： 表 啤酒生产试验方案及结果 试验结果分析 直观分析法：从试验数据表可见，第2号试验的指标值6.3为最大，第2号试验对应的条件即为较优的工艺条件，即底水为137.0（g），吸氨时间为240（min）。 这个方法看起来粗糙，但大量实践证明，它是十分有效的方法。由于试验点充分均匀分布，试验点中的最优工艺条件，离在试验范围内通过全面试验寻找的最优工艺条件不会很远。 回归分析法：用MINITAB进行回归分析，得到 y = 96.6 - 0.697 x1 + 0.0218 x2 Predictor Coef SE Coef T P Constant 96.571 1.058 91.24 0.000 x1 -0.696970 0.007678 -90.78 0.000 x2 0.0218182 0.0003839 56.83 0.000 S = 0