第4讲5(1) 正交试验设计(方差分析)
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正交试验设计法正交试验设计法的基本思想正交表正交表试验方案的设计试验数据的直观分析正交试验的方差分析常用正交表1.正交试验设计法的基本思想正交试验设计法,就是使用已经造好了的表格--正交表--来安排试验并进行数据分析的一种方法。
它简单易行,计算表格化,使用者能够迅速掌握。
下边通过一个例子来说明正交试验设计法的基本想法。
[例1]为提高某化工产品的转化率,选择了三个有关因素进行条件试验,反应温度(A),反应时间(B),用碱量(C),并确定了它们的试验范围:A:80-90℃B:90-150分钟C:5-7%试验目的是搞清楚因子A、B、C对转化率有什么影响,哪些是主要的,哪些是次要的,从而确定最适生产条件,即温度、时间及用碱量各为多少才能使转化率高。
试制定试验方案。
这里,对因子A,在试验范围内选了三个水平;因子B和C也都取三个水平:A:Al=80℃,A2=85℃,A3=90℃B:Bl=90分,B2=120分,B3=150分C:Cl=5%,C2=6%,C3=7%当然,在正交试验设计中,因子可以是定量的,也可以是定性的。
而定量因子各水平间的距离可以相等,也可以不相等。
这个三因子三水平的条件试验,通常有两种试验进行方法:(Ⅰ)取三因子所有水平之间的组合,即AlBlC1,A1BlC2,A1B2C1,……,A3B3C3,共有33=27次试验。
用图表示就是图1 立方体的27个节点。
这种试验法叫做全面试验法。
全面试验对各因子与指标间的关系剖析得比较清楚。
但试验次数太多。
特别是当因子数目多,每个因子的水平数目也多时。
试验量大得惊人。
如选六个因子,每个因子取五个水平时,如欲做全面试验,则需56=15625次试验,这实际上是不可能实现的。
如果应用正交实验法,只做25次试验就行了。
而且在某种意义上讲,这25次试验代表了15625次试验。
图1 全面试验法取点..........(Ⅱ)简单对比法,即变化一个因素而固定其他因素,如首先固定B、C于Bl、Cl,使A变化之:↗A1B1C1 →A2↘A3 (好结果)如得出结果A3最好,则固定A于A3,C还是Cl,使B变化之:↗B1A3C1 →B2 (好结果)↘B3得出结果以B2为最好,则固定B于B2,A于A3,使C变化之:↗C1A3B2→C2 (好结果)↘C3试验结果以C2最好。
第十一章正交设计试验资料的方差分析在实际工作中,常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素,若进行全面试验,则试验的规模将很大,往往因试验条件的限制而难于实施。
正交设计是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。
第一节、正交设计原理和方法(一)正交设计的基本概念正交设计是利用正交表来安排多因素试验、分析试验结果的一种设计方法。
它从多因素试验的全部水平组合中挑选部分有代表性的水平组合进行试验,通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况,找出最优水平组合。
例如,研究氮、磷、钾肥施用量对某小麦品种产量的影响:A因素是氮肥施用量,设A1、A2、A33个水平;B因素是磷肥施用量,设B1、B2、B33个水平;C因素是钾肥施用量,设C1、C2、C33个水平。
这是一个3因素每个因素3水平的试验,各因素的水平之间全部可能的组合有27种。
如果进行全面试验,可以分析各因素的效应,交互作用,也可选出最优水平组合。
但全面试验包含的水平组合数较多,工作量大,由于受试验场地、经费等限制而难于实施。
如果试验的主要目的是寻求最优水平组合,则可利用正交设计来安排试验。
正交设计的基本特点是:用部分试验来代替全面试验,通过对部分试验结果的分析,了解全面试验的情况。
正交试验是用部分试验来代替全面试验,它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析;当交互作用存在时,有可能出现交互作用的混杂。
4)安排,试如对于上述3因素每个因素3水平试验,若不考虑交互作用,可利用正交表L9(3 验方案仅包含9个水平组合,就能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况,找出最佳的生产条件。
一、正交设计的基本原理表11-133试验的全面试验方案正交设计就是从全面试验点(水平组合)中挑选出有代表性的部分试验点(水平组合)4)从27个试验点中挑选出来的来进行试验。
图1中标有‘9’个试验点,就是利用正交表L9(3 9个试验点。
即:(1)A1B1C1(2)A1B2C2(3)A1B3C3(4)A2B1C2(5)A2B2C3(6)A2B3C1(7)A3B1C3(8)A3B2C1(9)A3B3C2上述选择,保证了A因素的每个水平与B因素、C因素的各个水平在试验中各搭配一次。