第4章正交实验设计讲解.ppt

《 实验设计与数据处理 》 游 奎 一 湘 潭 大 学 化 工 学 院 第四章 ? 正交法的基本概念 ? 基本方法 ( 极差分析法 ) ? 正交实验原理解析 主要内容 ? 正交试验设计法 是研究与处理多因素实验的一种科学方 法。利用规格化的表格 — 正交表 , 科学地挑选试验条件 , 合理安排实验 , 分析试验数据 的方法。它帮助人们只进 行代表性很强的少量的若干次试验找到最佳的工艺条件 或设计参数，并预报出最佳条件下试验结果的变动范围。 ? 正交试验设计法最早由日本质量管量专家田口玄一提出 , 称为 国际标准型正交试验法 。认为：“一个工程技术人 员若不掌握正交试验设计法 , 只能算半个工程师”。 ? 我国工业企业特别是化工、纺织、医药、电子、机械行 业 , 正交试验设计法的应用也取得相当的成就 , 中国数学 家张里千教授发明了中国型正交试验设计法 。 § 4-1 基本概念 ? 在化工工艺开发研究中，通常以反应的 收率或选 择性 作为优化目标。反应温度、压力、原料的摩尔比、 反应时间、催化剂的配方和制备方法，有时还会遇到 搅拌速率和反应器类型等等多种因素对优化目标都会 有重要影响。这些因素之间，常常相互影响，不能简 化为单因素优选进行考察。将这些因素研究的条件列 成表格，把各种可能的搭逐一进行实验，工作量实在 太大，甚至在事实上无法进行。这就需要一种科学的 实验设计方法，通过特定安排的一些实验，判断出哪 些因素是显著的，哪些是不够显著的，进而抓住主要 矛盾，确定最佳工艺条件。 正交实验设计，或称正交 实验法，就是处理这类问题的得力工具。 § 4-1 基本概念 § 4-1 基本概念 1 . 合理安排试验，减少实验次数，当因素越多时，正交试验设 计的这一优越性越突出。 2 . 在众多影响因素中，分清因素主次，抓住主要矛盾。 3 . 正交试验设计是掌握各影响因素与产品质量指标之间关系的 有效手段，为生产过程的质量控制提供有利的条件。 4 . 找出最优的设计参数和工艺条件 5 . 指出进一步试验方向 一、正交试验法的作用 1 指标 ● 定义 ：在试验中 ，根据试验目的而确定的衡量试验结果的特征量称为 指标。它可以是产品的质量参数（重量、尺寸、速度、温度、寿命、硬度、 精 度 … ），也可以是成本、数量、效率等。 ● 分类 ： 定量指标；定性指标。 在试验设计中，通常采用将定性指标定量化的方法（如评分法）将定性指 标 化为定量指标进行考核和分析。 2 因素 ● 定义 ：在试验中，影响试验结果的试验条件称为因素。 ● 分类 ：可控因素：在试验中可以人为地加以调节和控制的因素。不可 控因素：由于自然、技术和设备等条件的限制，暂时还不能为人们控制和调节 的因素。如气温、降雨量等。 在正交试验中，所考察的因素都是可控因素，被考察因素通常以大写英文 字母 A 、 B 、 C… 表示。 3 水平 ：因素在试验中所处的各种状态和条件称为因素的水平。在试验中往 往要考虑某因素的几种状态，那么就称该因素为几水平因素。 § 4-1 基本概念 二 、 指标、因素、水平 三 、正交表及其特点 § 4-1 基本概念 1 定义：是一种规格化的表格。它是正交试验法的基本工具 ) ( m n K L 正交表符号 正交表横行数 （试验次数） 字码数（水平数） 正交表列数（最多安排因素数） 2 代号： No . 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 3 1 2 2 1 1 2 2 4 1 2 2 2 2 1 1 5 2 1 2 1 2 1 2 6 2 1 2 2 1 2 1 7 2 2 1 1 2 2 1 8 2 2 1 2 1 1 2 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2