化工计算机数据与图形处理PPT-6.ppt

第六章第六章 实验设计及数据实验设计及数据分析分析主要内容主要内容6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.2 6.2 实验设计及数据处理基础实验设计及数据处理基础6.3 6.3 简单实验设计及数据分析简单实验设计及数据分析6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.1 内嵌小插图内嵌小插图v为了更好的说明问题，有时需要将一个小图嵌为了更好的说明问题，有时需要将一个小图嵌入一大图表内。入一大图表内。v通常作法是将小图表叠加到主图表上。通常作法是将小图表叠加到主图表上。v但简单的叠加产生的图表不是一个统一的整体，但简单的叠加产生的图表不是一个统一的整体，若对这种图表进行复制、移动等操作，则会发若对这种图表进行复制、移动等操作，则会发现只能选定其中之一。现只能选定其中之一。v利用利用“组合组合”和和“粘贴粘贴”可以把两个（或多个）可以把两个（或多个）图表融合为一体。图表融合为一体。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.1 内嵌小插图内嵌小插图示例：在实验值与计算值比较的图里嵌入标准曲示例：在实验值与计算值比较的图里嵌入标准曲线图。线图。粘贴方式的步骤：粘贴方式的步骤：1）按通常方法绘制计算值与实验值的比较图（主）按通常方法绘制计算值与实验值的比较图（主图）。图）。2）按通常方法绘制内嵌的标准曲线小图，调整小）按通常方法绘制内嵌的标准曲线小图，调整小图的大小，使之能放入主图内。图的大小，使之能放入主图内。3）记住在主图和小图的记住在主图和小图的“图表区格式图表区格式”和和“图形图形区格式区格式”的的“图案图案”选项卡中的选项卡中的“区域区域”均选均选“无无”。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.1 内嵌小插图内嵌小插图4）选定小图表，）选定小图表，按住按住Shift键，同时打开键，同时打开“编辑编辑”菜单，选菜单，选“复制图片复制图片”，显现，显现“复制图片复制图片”对对话框。话框。5）对话框的）对话框的“外观外观”和和“大小大小”均选均选“如屏幕所如屏幕所示示”，指示，指示Excel按对象在屏幕上的外观和大小按对象在屏幕上的外观和大小进行复制。进行复制。“格式格式”选选“图片图片”，Excel将图片将图片复制为复制为Windows的图文文件。点击的图文文件。点击“确定确定”。6）选中主图，点击右键，选）选中主图，点击右键，选“粘贴粘贴”，小图即被，小图即被粘贴在主图中，可移动小图至主图内适当位置。粘贴在主图中，可移动小图至主图内适当位置。7）此时选中主图图表区，即认为同时选中了主图）此时选中主图图表区，即认为同时选中了主图和小图，可进行移动、复制、粘贴等操作。和小图，可进行移动、复制、粘贴等操作。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.1 内嵌小插图内嵌小插图组合方式的步骤：组合方式的步骤：1）按要求绘制好大图表和小图表后，将小图表拖）按要求绘制好大图表和小图表后，将小图表拖曳到主图表内适当位置。曳到主图表内适当位置。2）光标指向工作表下方绘图工具栏的）光标指向工作表下方绘图工具栏的“选择对象选择对象”箭头箭头“”，并单击鼠标左键选中。，并单击鼠标左键选中。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.1 内嵌小插图内嵌小插图组合方式的步骤：组合方式的步骤：3）鼠标指向主图表区域左上角适当位置后，按住）鼠标指向主图表区域左上角适当位置后，按住鼠标左键不放，用拖曳法子大图表四周画出一鼠标左键不放，用拖曳法子大图表四周画出一个矩形。个矩形。矩形尽量要大一些，一定要完全围住矩形尽量要大一些，一定要完全围住大图表大图表。放开鼠标左键，这时大图表四周有空。放开鼠标左键，这时大图表四周有空心选择方柄，小图表四周也有空心选择方柄。心选择方柄，小图表四周也有空心选择方柄。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.1 内嵌小插图内嵌小插图组合方式的步骤：组合方式的步骤：4）鼠标指在图表内任何位置，当光标变成十字双）鼠标指在图表内任何位置，当光标变成十字双箭头时，单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择箭头时，单击鼠标右键，出现快捷菜单，选择“组合组合”子菜单后，选择其中的子菜单后，选择其中的“组合组合”指令。指令。大小图表组合为一体。现在只有大图表四周有大小图表组合为一体。现在只有大图表四周有空心方柄。空心方柄。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术粘贴与组合两种方式的区别：粘贴与组合两种方式的区别：用用“复制复制”和和“粘贴粘贴”得到的仍是得到的仍是图表图表。激活大。激活大图表，四周出现图表，四周出现黑选择方柄黑选择方柄。可用图表的相关。可用图表的相关指令编辑。用指令编辑。用“组合组合”方式得到的是方式得到的是图形图形，激，激活大图表，四周出现的是活大图表，四周出现的是空心方柄空心方柄，是按图形，是按图形编辑。用编辑。用“组合组合”子菜单里的子菜单里的“取消组合取消组合”，可将组合图形重新分成单独的图形。可将组合图形重新分成单独的图形。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术粘贴粘贴组合组合6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术粘贴与组合两种方式的区别：粘贴与组合两种方式的区别：当删除小图表的数据来源时，对当删除小图表的数据来源时，对“粘贴粘贴”得到得到的组合图表不受影响，而的组合图表不受影响，而“组合组合”方式得到的方式得到的图形则受影响。（演示）图形则受影响。（演示）对对“粘贴粘贴”方式得到的组合图形，可以在粘贴方式得到的组合图形，可以在粘贴后移动小图表来使位置合适；对后移动小图表来使位置合适；对“组合组合”方式方式得到的组合图形，在组合前可以移动小图表来得到的组合图形，在组合前可以移动小图表来使位置合适。使位置合适。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.2 图表中添加图形与文字图表中添加图形与文字Excel可绘制各种图形：直线，曲线，箭头，圆，矩可绘制各种图形：直线，曲线，箭头，圆，矩形等。还可以建立文本框添加文字说明，可以从别形等。还可以建立文本框添加文字说明，可以从别的软件输入图形。但的软件输入图形。但Excel不是专门的图形处理程不是专门的图形处理程序，其图形功能并不强大。序，其图形功能并不强大。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1.2 图表中添加图形与文字图表中添加图形与文字1.显示显示“绘图绘图”工具栏工具栏方法一：方法一：6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术方法二：鼠标指针指向工作簿的工具栏，单击鼠标方法二：鼠标指针指向工作簿的工具栏，单击鼠标右键，从快捷菜单中选右键，从快捷菜单中选“绘图绘图”。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术用用Excel绘制独立图形的可能性是很小的。通常图形绘制独立图形的可能性是很小的。通常图形仅为仅为Excel图表的附加部分引入。例如在组合图表里图表的附加部分引入。例如在组合图表里指明图象归属的坐标轴（指明图象归属的坐标轴（加箭头加箭头），或标明图表数），或标明图表数据的实验条件或性质（据的实验条件或性质（加文字说明加文字说明）。）。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术2.在某一绘制好的图表中加箭头在某一绘制好的图表中加箭头1）激活绘制好的图表。鼠标指针指向工作表下方）激活绘制好的图表。鼠标指针指向工作表下方“绘绘图图”工具栏的工具栏的“箭头箭头”按钮，单击鼠标左键选取它。按钮，单击鼠标左键选取它。2）鼠标指针移向图表中适当位置，按下鼠标左键，水）鼠标指针移向图表中适当位置，按下鼠标左键，水平拖曳一定长度松开。图表中出现箭头，它的两端平拖曳一定长度松开。图表中出现箭头，它的两端有空心选择方柄，表明已经被激活。有空心选择方柄，表明已经被激活。3）在箭头激活的状态下可以对它进行编辑。若位置需）在箭头激活的状态下可以对它进行编辑。若位置需要变动，则鼠标指向图形对象，当光标变为十字黑要变动，则鼠标指向图形对象，当光标变为十字黑线双箭头时，按下鼠标左键，将图形拖放到适当位线双箭头时，按下鼠标左键，将图形拖放到适当位置。置。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术2.在图表中加箭头在图表中加箭头4）若箭头的格式需要变动，则鼠标指向已激活的图）若箭头的格式需要变动，则鼠标指向已激活的图形对象，当光标变成黑线十字双箭头后单击鼠标形对象，当光标变成黑线十字双箭头后单击鼠标右键，从出现的快捷菜单里选择右键，从出现的快捷菜单里选择“设置自选图形设置自选图形格式格式”（或双击左键）。（或双击左键）。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术2.在图表中加箭头在图表中加箭头5）在）在“设置自选图形格式设置自选图形格式”对话框里有对话框里有“颜色与线颜色与线条条”、“大小大小”、“保护保护”和和“属性属性”等选项卡。等选项卡。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术2.在图表中加箭头在图表中加箭头6）画）画水平或者竖直水平或者竖直箭头这类所谓的箭头这类所谓的“规整图形规整图形”时，时，要同时按下要同时按下Shift键。（即角度按键。（即角度按15度的间隔变化）度的间隔变化）。注意：在图表区加箭头等图形前，必须先激活图表注意：在图表区加箭头等图形前，必须先激活图表区。只有这样，图形才是图表的一部分，可以随区。只有这样，图形才是图表的一部分，可以随图表一起被复制、粘贴、拖曳。否则，图形没有图表一起被复制、粘贴、拖曳。否则，图形没有加到图表上。加到图表上。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术3.在图表中加文字注释（方法一）在图表中加文字注释（方法一）1）单击）单击“绘图绘图”工具栏的文本框按钮。工具栏的文本框按钮。2）将鼠标指针指向图表的适当位置，单击鼠标左键，）将鼠标指针指向图表的适当位置，单击鼠标左键，该处显现由选择方柄和围成的区域，区域内有一该处显现由选择方柄和围成的区域，区域内有一个插入点，从该点开始输入文本注释。个插入点，从该点开始输入文本注释。3）文本框内符号的字体、字形可以自己设置：在）文本框内符号的字体、字形可以自己设置：在“格式格式”菜单选菜单选“文本框文本框”，出现，出现“设置文本框格设置文本框格式式“对话框，在对话框的对话框，在对话框的”字体字体“选项卡内编辑选项卡内编辑字体、字形、大小等。字体、字形、大小等。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术3.在图表中加文字注释（方法一）在图表中加文字注释（方法一）4）文本框的大小可改变：鼠标指向文本框的四角或）文本框的大小可改变：鼠标指向文本框的四角或四边的选择方柄，指针变为双箭头后按下鼠标左四边的选择方柄，指针变为双箭头后按下鼠标左键，拖曳方柄，直至框的大小符合要求。键，拖曳方柄，直至框的大小符合要求。5）文本框的位置可改变：鼠标指向文本框的四周，）文本框的位置可改变：鼠标指向文本框的四周，鼠标指针变成十字双箭头后按下鼠标左键，拖曳鼠标指针变成十字双箭头后按下鼠标左键，拖曳文本框到适当位置。文本框到适当位置。同样，必须先激活图表才能在图表内加文本框。同样，必须先激活图表才能在图表内加文本框。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术3.在图表中加文字注释（方法二）在图表中加文字注释（方法二）1）激活图表区，鼠标指针指向工作表的编辑框，单）激活图表区，鼠标指针指向工作表的编辑框，单击鼠标左键，编辑框内出现标识插入点位置的竖击鼠标左键，编辑框内出现标识插入点位置的竖直条直条“”2）输入注释内容完毕后，按回车键。文本框及输入）输入注释内容完毕后，按回车键。文本框及输入的内容出现在图表中，可拖放、编辑。的内容出现在图表中，可拖放、编辑。3）文本框无边框，若要加边框，可在）文本框无边框，若要加边框，可在“设置文本框设置文本框格式格式”的的“颜色与线条颜色与线条”选项卡中编辑。选项卡中编辑。6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术6.1 Excel6.1 Excel高级绘图技术高级绘图技术注：文本框与图表的标题框均可输入、编辑文字，注：文本框与图表的标题框均可输入、编辑文字，但二者是不同的：文本框属于图形，标题框属于但二者是不同的：文本框属于图形，标题框属于图表，鼠标激活文本框时四周出现空心方柄，鼠图表，鼠标激活文本框时四周出现空心方柄，鼠标激活标题框时四周出现黑方柄。鼠标指定文本标激活标题框时四周出现黑方柄。鼠标指定文本框，光标变成十字双箭头，鼠标指定标题框时，框，光标变成十字双箭头，鼠标指定标题框时，光标变成空心箭头。光标变成空心箭头。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2.1 化工实验的基本概念化工实验的基本概念要得到正确的数据分析结果，科学安排实验并获得要得到正确的数据分析结果，科学安排实验并获得真实合理的数据是前提。真实合理的数据是前提。实验工作三阶段：实验工作三阶段：设计实验设计实验 实施实验实施实验 分析实验结果分析实验结果6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础1.实验优化设计实验优化设计 实验设计（实验设计（Experimental Design）是经济的、科）是经济的、科学的安排实验的一项通用科学技术，其主要内容学的安排实验的一项通用科学技术，其主要内容是讨论如何合理的安排实验和正确的分析实验数是讨论如何合理的安排实验和正确的分析实验数据，获得实验条件与实验结果之间的规律性认识，据，获得实验条件与实验结果之间的规律性认识，从而达到尽快获得优化方案的目的。从而达到尽快获得优化方案的目的。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础2.化学化工实验分类：化学化工实验分类：1）物理化学、结构化学等基础性化学研究）物理化学、结构化学等基础性化学研究 这类实验通常涉及物质的基本常数和特征的精确这类实验通常涉及物质的基本常数和特征的精确测定。一般送到专门的分析中心由专业分析人员测定。一般送到专门的分析中心由专业分析人员完成，如用完成，如用核磁共振、质谱核磁共振、质谱等分析物质的分子结等分析物质的分子结构。设备较贵，构。设备较贵，100万左右。万左右。2）产品、原料等的常规分析）产品、原料等的常规分析 一般可在实验室由研究者自己完成，如一般可在实验室由研究者自己完成，如气相色气相色谱、液相色谱谱、液相色谱分析原料、产品组成，关键是选择分析原料、产品组成，关键是选择好分析方法和分析条件，如柱温、检测器等。好分析方法和分析条件，如柱温、检测器等。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3）材料实验）材料实验 对材料的物理机械性能的测试实验，如测定固体对材料的物理机械性能的测试实验，如测定固体催化剂的强度等，每个观测值往往误差较大，甚催化剂的强度等，每个观测值往往误差较大，甚至无法定量。需要多次实验。至无法定量。需要多次实验。4）化工过程的实验室研究（小试）化工过程的实验室研究（小试）几乎所有化工新工艺的开发和革新，都是从小规几乎所有化工新工艺的开发和革新，都是从小规模的实验室研究开始的。实验目的通常有强化工模的实验室研究开始的。实验目的通常有强化工艺、开发新工艺、改进设备、提高产品质量等，艺、开发新工艺、改进设备、提高产品质量等，需要周密的计划来完成实验室研究，获得中试放需要周密的计划来完成实验室研究，获得中试放大实验的基础数据和理论模型。大实验的基础数据和理论模型。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础4）化工过程的实验室研究（小试）化工过程的实验室研究（小试）尤其要系统的研究各种材料、各种条件的变化对尤其要系统的研究各种材料、各种条件的变化对过程的影响。由于化工实验研究中，影响因素非过程的影响。由于化工实验研究中，影响因素非常多，例如原料成分、进料量、催化剂、反应温常多，例如原料成分、进料量、催化剂、反应温度、压力、反应时间、反应设备等多种因素，需度、压力、反应时间、反应设备等多种因素，需要有效的实验设计方法，合理安排实验，找出对要有效的实验设计方法，合理安排实验，找出对产品质量影响显著的因素及最佳工艺条件。小试产品质量影响显著的因素及最佳工艺条件。小试可用可用间歇操作间歇操作装置。装置。小试的费用通常在几万到几十万之间。小试的费用通常在几万到几十万之间。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础5）实验室放大实验）实验室放大实验 小试完成后，如果小试的结果良好，在推广到工小试完成后，如果小试的结果良好，在推广到工业生产前，应进行放大实验研究。因为对一般的业生产前，应进行放大实验研究。因为对一般的化工过程来讲，都存在化工过程来讲，都存在放大效应放大效应，即小试的最佳，即小试的最佳工艺条件在工业规模的生产中不是最佳的，甚至工艺条件在工业规模的生产中不是最佳的，甚至差别非常大。差别非常大。放大实验可以找到接近工业生产条件的各项主要放大实验可以找到接近工业生产条件的各项主要指标，实验设备应适当考虑工业生产条件下的可指标，实验设备应适当考虑工业生产条件下的可能性和要求，尽量采取能性和要求，尽量采取连续操作连续操作装置。装置。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础5）实验室放大实验）实验室放大实验 实验规模仍不宜过大，分析范围要求全面，要能实验规模仍不宜过大，分析范围要求全面，要能初步得到物料平衡和能量平衡数据，并对主要设初步得到物料平衡和能量平衡数据，并对主要设备的生产率进行估算。备的生产率进行估算。放大实验一般花费几万到上百万之间。放大实验一般花费几万到上百万之间。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6）半工业性实验（中试或工业侧线实验）半工业性实验（中试或工业侧线实验）中试主要是为了测定和克服在放大实验中所发现中试主要是为了测定和克服在放大实验中所发现的不稳定现象，在长时间连续运行中验证所用的的不稳定现象，在长时间连续运行中验证所用的主要设备及附属设备的适应性及匹配性，在比较主要设备及附属设备的适应性及匹配性，在比较大的规模下测定出可靠的物料平衡和能量平衡数大的规模下测定出可靠的物料平衡和能量平衡数据，进一步肯定产品的质量和各项技术经济指标，据，进一步肯定产品的质量和各项技术经济指标，并计算出比较可靠的单位生产成本，初步订出技并计算出比较可靠的单位生产成本，初步订出技术操作规程，为工业设计积累必要的数据。术操作规程，为工业设计积累必要的数据。一般对新技术及缺乏经验的生产方法必须进行一般对新技术及缺乏经验的生产方法必须进行中试。中试。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6）半工业性实验（中试或工业侧线实验）半工业性实验（中试或工业侧线实验）中试规模视情况而定，如果是在工厂车间内进行中试规模视情况而定，如果是在工厂车间内进行（工业侧线实验），可适当放大。如果是在实验（工业侧线实验），可适当放大。如果是在实验室进行，尽量从小考虑。室进行，尽量从小考虑。一般中试比放大实验规模大一般中试比放大实验规模大5001000倍，实验倍，实验设备应为生产设备雏形，力求连续化、自动化、设备应为生产设备雏形，力求连续化、自动化、机械化。实验应考虑将来生产中的各种情况，如机械化。实验应考虑将来生产中的各种情况，如控制仪表，设备，原材料及燃料来源，设备的使控制仪表，设备，原材料及燃料来源，设备的使用期限与维修措施，物料的回收利用、废气、废用期限与维修措施，物料的回收利用、废气、废水、废渣处理等。水、废渣处理等。中试的费用通常在几百万左右。中试的费用通常在几百万左右。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础7）工业示范装置运行实验工业示范装置运行实验 中试成功后建立的小规模工业生产装置。中试成功后建立的小规模工业生产装置。8）化工厂操作和生产过程的研究）化工厂操作和生产过程的研究 这类研究一般用于确定过程效率，或者研究各这类研究一般用于确定过程效率，或者研究各种操作条件或原料变化对生产过程的影响。是在种操作条件或原料变化对生产过程的影响。是在正常工作条件进行过程操作的研究，费用庞大，正常工作条件进行过程操作的研究，费用庞大，一般化工厂很少进行，除非现有生产条件或设备一般化工厂很少进行，除非现有生产条件或设备无法满足要求。无法满足要求。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础一项化工技术从实验室研究到工业应用的历程：一项化工技术从实验室研究到工业应用的历程：小试（放大实验）中试（工业侧线实验）小试（放大实验）中试（工业侧线实验）（工业示范装置）工业生产线（工业示范装置）工业生产线6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.常用术语常用术语1）实验指标）实验指标 在实验设计中，根据实验目的而选定的用于考察或在实验设计中，根据实验目的而选定的用于考察或衡量实验效果的值称为实验指标。实验指标分为定衡量实验效果的值称为实验指标。实验指标分为定量指标和定性指标。量指标和定性指标。定量指标是在实验中能够直接得到具体数值的指定量指标是在实验中能够直接得到具体数值的指标，如转化率、含量、强度、寿命、成本等。标，如转化率、含量、强度、寿命、成本等。定性指标不能得到具体数值，如颜色、味道、光定性指标不能得到具体数值，如颜色、味道、光泽、手感等。泽、手感等。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.常用术语常用术语1）实验指标）实验指标 实验指标可以是一个，也可以同时是多个。前者称实验指标可以是一个，也可以同时是多个。前者称单指标实验设计，后者称多指标实验设计。单指标实验设计，后者称多指标实验设计。2）实验因素）实验因素对实验指标可能有影响的原因或要素称为因素对实验指标可能有影响的原因或要素称为因素（Factor），也叫因子。一般用大写英文字母表），也叫因子。一般用大写英文字母表示，如因素示，如因素A，因素，因素B，因素，因素C等。等。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.常用术语常用术语2）实验因素）实验因素在确定实验因素时，必须以专业技术和生产实践经在确定实验因素时，必须以专业技术和生产实践经验为基础，应尽可能列出与实验指标有关的各种因验为基础，应尽可能列出与实验指标有关的各种因素，然后判断哪些是需要探索的因素。素，然后判断哪些是需要探索的因素。实验因素分为实验因素分为可控因素可控因素、标示因素、区组因素、信、标示因素、区组因素、信号因素和误差因素。号因素和误差因素。可控因素：可以控制和调节的因素。时间、温度、可控因素：可以控制和调节的因素。时间、温度、压力、催化剂种类等，均可选为可控因素。为保证压力、催化剂种类等，均可选为可控因素。为保证实验再现性，尽可能多列可控因素。实验再现性，尽可能多列可控因素。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.常用术语常用术语2）实验因素）实验因素标示因素：指不能人为控制或选择的外部环境、使标示因素：指不能人为控制或选择的外部环境、使用条件等因素。如设备的各种使用条件（电压、频用条件等因素。如设备的各种使用条件（电压、频率等）；环境条件（气温、湿度）；操作人员差异率等）；环境条件（气温、湿度）；操作人员差异等。等。3）因素的水平（因素的水平（Level）在实验设计中，要考察的因素所取的各种状态值或在实验设计中，要考察的因素所取的各种状态值或条件值，称为因素的水平或位级。条件值，称为因素的水平或位级。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3）因素的水平（）因素的水平（Level）水平选择的原则水平选择的原则（a）宜取三水平：这是因为三水平的因素实验结宜取三水平：这是因为三水平的因素实验结果分析的效应图分布多数呈二次函数曲线，有利于果分析的效应图分布多数呈二次函数曲线，有利于观察实验结果的趋势，而二水平的效应图分布是线观察实验结果的趋势，而二水平的效应图分布是线性的，很难找到最佳区域。性的，很难找到最佳区域。当对实验认识不足时，水平区间要拉开，尽可能使当对实验认识不足时，水平区间要拉开，尽可能使最佳区域能包含在水平区间内。然后通过最佳区域能包含在水平区间内。然后通过12次实次实验逐次缩小水平区间，求出最佳条件。验逐次缩小水平区间，求出最佳条件。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础水平选择的原则水平选择的原则（b）水平等间隔的原则：便于计算和分析。一般）水平等间隔的原则：便于计算和分析。一般取取算术等间隔算术等间隔值，特殊场合下可取对数等间隔值。值，特殊场合下可取对数等间隔值。（c）水平具体性原则：水平应该是可以直接控制）水平具体性原则：水平应该是可以直接控制的，且水平的变化要能直接引起实验指标不同程度的，且水平的变化要能直接引起实验指标不同程度的变化。的变化。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础4）单因素实验和多因素实验）单因素实验和多因素实验在一项实验中只有一个因素在改变，称为单因素实在一项实验中只有一个因素在改变，称为单因素实验，如果多于一个因素在改变，称为多因素实验。验，如果多于一个因素在改变，称为多因素实验。5）因素的水平效应：某一因素水平的变化导致实验）因素的水平效应：某一因素水平的变化导致实验结果发生的变化构成了该因素的水平效应。如果一结果发生的变化构成了该因素的水平效应。如果一个因素的效应在一个或多个其他因素的不同水平上个因素的效应在一个或多个其他因素的不同水平上是不相同的，则称该因素与其他因素具有交互影响。是不相同的，则称该因素与其他因素具有交互影响。交互影响在实验结果回归公式中用多个自变量的乘积交互影响在实验结果回归公式中用多个自变量的乘积项表示，各自变量代表交互影响的各个因素。项表示，各自变量代表交互影响的各个因素。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2.2 实验研究工作程序实验研究工作程序1.实验研究工作程序实验研究工作程序v实验课题的确定：导师负责实验课题的确定：导师负责v文献检索：学生负责文献检索：学生负责v实验方案及实验计划确定：导师与学生分析讨论实验方案及实验计划确定：导师与学生分析讨论v原料准备、设备安装及调试：导师、学生、实验员原料准备、设备安装及调试：导师、学生、实验员v正式实验：学生负责，导师指导，实验员协助正式实验：学生负责，导师指导，实验员协助v编写实验研究报告：学生撰写，导师审核修改。编写实验研究报告：学生撰写，导师审核修改。一般文献查阅、一般文献查阅、设备的准备与安装设备的准备与安装、正式实验花费、正式实验花费的时间较多。正式实验包括初步的探索性实验和条的时间较多。正式实验包括初步的探索性实验和条件实验。件实验。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2.2 实验研究工作程序实验研究工作程序2.实验方案的选择：实验方案的选择：实验研究中，可能存在各种方实验研究中，可能存在各种方案，需要选择一个或几个方案进行实验。实验研究方案，需要选择一个或几个方案进行实验。实验研究方案的选择是整个实验研究工作中最关键的一步，决定案的选择是整个实验研究工作中最关键的一步，决定工作方向和能否取得成果。通常遵循如下原则：工作方向和能否取得成果。通常遵循如下原则：v技术先进、可行技术先进、可行v经济合理经济合理v解决环境保护问题解决环境保护问题v过程安全过程安全6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.实验计划的制定实验计划的制定实验计划是根据实验方案的内容和要求制定的，实验实验计划是根据实验方案的内容和要求制定的，实验方案由实验计划来实现。实验方案一般包括实验研究方案由实验计划来实现。实验方案一般包括实验研究的主要内容，而实验条件一般未列入。实验计划需对的主要内容，而实验条件一般未列入。实验计划需对实验条件进行安排。制定实验计划须作如下工作：实验条件进行安排。制定实验计划须作如下工作：v制定实验计划总表制定实验计划总表v制定实验进度表制定实验进度表v制定物料计划表：留出裕量制定物料计划表：留出裕量v绘制实验装置图，制定仪器设备清单绘制实验装置图，制定仪器设备清单v制定分析检测计划。制定分析检测计划。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2.3.实验误差实验误差一切实验测量值是其真值与误差的和：一切实验测量值是其真值与误差的和：1.误差分类误差分类1）系统误差：指实验前未被确认的影响因素所引起）系统误差：指实验前未被确认的影响因素所引起的误差。表现为在同一条件下多次测量同一量值时，的误差。表现为在同一条件下多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持不变；或在条件改变时，误差误差的大小和符号保持不变；或在条件改变时，误差按一定规律变化。例如，标准值的不准确、仪器刻度按一定规律变化。例如，标准值的不准确、仪器刻度的不准确引起的误差。系统误差由确定因素引起，可的不准确引起的误差。系统误差由确定因素引起，可以掌握和控制。以掌握和控制。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础2）过失误差：由于实验人员误操作，或客观环境条）过失误差：由于实验人员误操作，或客观环境条件意外改变无法控制，造成测量结果被明显歪曲的误件意外改变无法控制，造成测量结果被明显歪曲的误差。含有过失误差的实验测量值应该被删除。差。含有过失误差的实验测量值应该被删除。3）偶然误差：又称随机误差，是由一系列有关因素）偶然误差：又称随机误差，是由一系列有关因素在实验过程中无法控制的微小随机扰动造成的，是一在实验过程中无法控制的微小随机扰动造成的，是一个随机变量。表现为同一条件下，多次测量同一量值个随机变量。表现为同一条件下，多次测量同一量值时，其大小以不可预测的方式微小变化。时，其大小以不可预测的方式微小变化。随机误差的出现没有规律性，但总体符合统计规律，随机误差的出现没有规律性，但总体符合统计规律，误差的分布主要有正态分布，均匀分布，误差的分布主要有正态分布，均匀分布，t分布，分布，F分布等。分布等。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础2.误差的表示方法误差的表示方法1）残差：又称剩余误差，测量值与平均值的差。）残差：又称剩余误差，测量值与平均值的差。2）绝对误差：测量值与真值之差的绝对值。）绝对误差：测量值与真值之差的绝对值。3）相对误差：绝对误差除以测量值的绝对值，并）相对误差：绝对误差除以测量值的绝对值，并以百分数表示：以百分数表示：6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础2.误差的表示方法误差的表示方法4）算术平均误差：多次测量中残差绝对值的算术平）算术平均误差：多次测量中残差绝对值的算术平均值：均值：5）标准误差（标准差）：又叫均方根误差。可用以）标准误差（标准差）：又叫均方根误差。可用以表示实验精度。当测量次数表示实验精度。当测量次数n有限时：有限时：6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础2.误差的表示方法误差的表示方法6）或然误差：又称为几率误差或概差，常用）或然误差：又称为几率误差或概差，常用表表示，表示一组测量值中绝对误差大于示，表示一组测量值中绝对误差大于和小于和小于的的测量值个数各占一半。测量值个数各占一半。7）极限误差：误差按一定规律分布，并有实际的）极限误差：误差按一定规律分布，并有实际的界限，这个界限即极限误差。对大多数服从正态分界限，这个界限即极限误差。对大多数服从正态分布的误差，一般取三倍标准差作为极限误差，此布的误差，一般取三倍标准差作为极限误差，此时的置信度为时的置信度为99.73。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.实验设计的基本原则实验设计的基本原则一个好的实验兼顾效率和精度两个方面，即尽量减一个好的实验兼顾效率和精度两个方面，即尽量减少误差和以较少的工作量获取较多且可靠的数据信少误差和以较少的工作量获取较多且可靠的数据信息。在实验精度方面，息。在实验精度方面，Fisher提出了三个原则：提出了三个原则：v重复原则：多次重复实验可以减少误差，提高重复原则：多次重复实验可以减少误差，提高精度。但重复次数并非越多越好。精度。但重复次数并非越多越好。v随机化原则：是如何安排实验中固定条件的原随机化原则：是如何安排实验中固定条件的原则，这条原则对实验中一些不可控条件（如原则，这条原则对实验中一些不可控条件（如原材料的均匀性，室温、大气压、空气净化程度材料的均匀性，室温、大气压、空气净化程度等）非常重要。采用随机安排可以减少误差。等）非常重要。采用随机安排可以减少误差。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础3.实验设计的基本原则实验设计的基本原则v局部控制原则：将实验对象按某种分类标准或局部控制原则：将实验对象按某种分类标准或或某种水平加以分组，在同一组内的实验条件或某种水平加以分组，在同一组内的实验条件尽量保持一致，以期尽量减少组内的差异，但尽量保持一致，以期尽量减少组内的差异，但使组与组之间的差异大些。一般可按设备、班使组与组之间的差异大些。一般可按设备、班次、原料、操作人员、时间、工艺方法和各种次、原料、操作人员、时间、工艺方法和各种环境条件来分组。环境条件来分组。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2.4 实验数据整理实验数据整理通过实验获取实验数据后，需要进行预处理，如剔通过实验获取实验数据后，需要进行预处理，如剔除异常数据、弥补漏失数据，数据变换等。最重要除异常数据、弥补漏失数据，数据变换等。最重要的是对异常数据的处理。的是对异常数据的处理。在一批实验数据中，有明显差异的数据称为离群在一批实验数据中，有明显差异的数据称为离群值。由于实验条件的随机波动性，离群值在统计上值。由于实验条件的随机波动性，离群值在统计上可能仍属正常，不能舍弃。但由于人为或客观意外可能仍属正常，不能舍弃。但由于人为或客观意外原因导致的异常数据（坏点），必须剔除。原因导致的异常数据（坏点），必须剔除。6.2 6.2 实验数据处理基础实验数据处理基础6.2.4 实验数据整理实验数据整理坏点剔除方法：坏点剔除方法：1）物理判别法：根据常识或经验，判断由于震动、）物理判别法：根据常识或经验，判断由于震动、误读等原因造成的坏点，随时发现，随时剔除。误读等原因造成的坏点，随时发现，随时剔除。2）统计判别法：方法很多。仅介绍极限误差法。）统计判别法：方法很多。仅介绍极限误差法。拉依特准则拉依特准则（极限误差法）：剩余误差的绝对值超（极限误差法）：剩余误差的绝对值超过三倍标准差（极限误差）的数据点给以舍弃。过三倍标准差（极限误差）的数据点给以舍弃。因为误差大于极限误差的概率是因为误差大于极限误差的概率是1/370，属于小概率，属于小概率事件。根据小概率原理，事件。根据小概率原理，小概率事件在测量次数较小概率事件在测量次数较少的实验中是不会发生的少的实验中是不会发生的。6.3 6.3 简单实验及数据分析简单实验及数据分析实验的三个目的：实验的三个目的：1）考察各因素对实验指标的影响程度）考察各因素对实验指标的影响程度2）寻找最佳操作条件）寻找最佳操作条件3）建立数学模型）建立数学模型这里所说的简单实验并不简单，正是简单实验方法这里所说的简单实验并不简单，正是简单实验方法的方差分析开创了实验设计与分析的先河。的方差分析开创了实验设计与分析的先河。举例：民间科学家，发泡聚合物材料制备，举例：民间科学家，发泡聚合物材料制备，600次实次实验，倾家荡产。验，倾家荡产。如何设计他的实验？温度，压力，催化剂，原料组如何设计他的实验？温度，压力，催化剂，原料组成，溶剂等等。成，溶剂等等。6.3.1 6.3.1 单因素实验及数