正交设计和均匀设计精品文稿.ppt
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1、正交设计和均匀设计第1页,本讲稿共43页正交试验法优点:正交试验法优点:(1)试验点代表性强,试验次数少。)试验点代表性强,试验次数少。(2)不需做重复试验,就可以估计试验误差。)不需做重复试验,就可以估计试验误差。(3)可以分清因素的主次。)可以分清因素的主次。(4)可以使用数理统计的方法处理试验结果,提出)可以使用数理统计的方法处理试验结果,提出展望好条件。展望好条件。正交试验(表)法的特点:正交试验(表)法的特点:(1)均衡分散性均衡分散性代表性。代表性。(2)整齐可比性整齐可比性可以用数理统计方法对试可以用数理统计方法对试验结果进行处理。验结果进行处理。第2页,本讲稿共43页用正交表安
2、排试验时,对于例用正交表安排试验时,对于例1:A1 A2 A3B3B2B1C1C2C3123654789用正交试验法安排试验只需要用正交试验法安排试验只需要9次试验次试验第3页,本讲稿共43页用正交表安排试验用正交表安排试验一、指标、因素和水平一、指标、因素和水平试验需要考虑的结果称为试验需要考虑的结果称为试验指标试验指标(简称指标)(简称指标)可以直接用数量表示的叫可以直接用数量表示的叫定量指标定量指标;不能用数量表示的叫不能用数量表示的叫定性指标定性指标。定性指标可以按评定结。定性指标可以按评定结果打分或者评出等级,可以用数量表示,称为定性指标果打分或者评出等级,可以用数量表示,称为定性指
3、标的定量化的定量化试验中要考虑的对试验指标可能有影响的变量简称为试验中要考虑的对试验指标可能有影响的变量简称为因因素素,用大写字母,用大写字母A、B、C表示表示每个因素可能出的状态称为每个因素可能出的状态称为因素的水平因素的水平(简称水平)(简称水平)第4页,本讲稿共43页 正交表是一种特别的表格,是正交设计的基本工具。我们正交表是一种特别的表格,是正交设计的基本工具。我们只介绍它的记号、特点和使用方法。只介绍它的记号、特点和使用方法。正交表的记号及含义正交表的记号及含义记号及含义记号及含义 正交表的列数正交表的列数(最多能安排的因素个数,(最多能安排的因素个数,包括交互作用、误差等)包括交互
4、作用、误差等)正交表的行数正交表的行数(需要做的试验次数)(需要做的试验次数)各因素的水平数各因素的水平数(各因素的水平数相等)各因素的水平数相等)q正交表正交表的代号的代号第5页,本讲稿共43页 正交表的正交性(以正交表的正交性(以L9(34)为例)为例)1 2 3 41 1 1 1 12 1 2 2 23 1 3 3 34 2 1 2 35 2 2 3 16 2 3 1 27 3 1 3 28 3 2 1 39 3 3 2 1列号试验号正交表的特点:正交表的特点:每个列中,每个列中,“1”、“2”、“3”出现的次数相同;出现的次数相同;任意两列,其横方向形成的九个数字对中,任意两列,其横方
5、向形成的九个数字对中,恰好(恰好(1,1)、()、(1,2)、()、(1、3)、()、(2,1)、)、(2,2)、()、(2,3)、()、(3,1)、()、(3,2)、()、(3、3)出现的次数相同)出现的次数相同这两点称为正交性:这两点称为正交性:均衡分散,整齐可比,代表性强,效率高均衡分散,整齐可比,代表性强,效率高均衡分散:试验点在试验范围内排列规律整齐均衡分散:试验点在试验范围内排列规律整齐整齐可比:试验点在试验范围内散布均匀整齐可比:试验点在试验范围内散布均匀 第6页,本讲稿共43页用正交表安排试验用正交表安排试验(以例(以例1为例)为例)(1)明确试验目的,确定试验指标)明确试验目
6、的,确定试验指标 例例1中,试验目的是搞清楚中,试验目的是搞清楚A、B、C对转化率的影响,试验指标为转化率对转化率的影响,试验指标为转化率(2)确定因素水平表)确定因素水平表(3)选用合适正交表)选用合适正交表 本试验可选取正交表本试验可选取正交表L9(34)安排试验安排试验因素水平A温度()B时间(Min)C用碱量(x%)123808590901201505%6%7%因素水平ABC123A1A2A3B1B2B3C1C2C3第7页,本讲稿共43页(4)确定试验方案)确定试验方案 “因素顺序上列,水平对号入座,横着做因素顺序上列,水平对号入座,横着做”1 1(80)1(90Min)1(5%)1
7、312 1(80)2(120Min)2(6%)2 543 1(80)3(150Min)3(7%)3 384 2(85)1(90Min)2(6%)3 535 2(85)2(120Min)3(7%)1 496 2(85)3(150Min)1(5%)2 427 3(90)1(90Min)3(7%)2 578 3(90)2(120Min)1(5%)3 629 3(90)3(150Min)2(6%)1 64 列号列号试验号试验号A温度温度()1B时间时间(Min)2C用碱量用碱量(x%)344转化率(转化率(x%)4第8页,本讲稿共43页正交试验结果分析极差分析法以例以例1为例为例分析内容:分析内容:3
8、个因素中,哪些因素对收益率影响大,哪些因素影个因素中,哪些因素对收益率影响大,哪些因素影响小;响小;如果某个因素对试验数据影响大,那么哪个水平对提如果某个因素对试验数据影响大,那么哪个水平对提高收益率有利。高收益率有利。利用正交表的利用正交表的“整齐可比整齐可比”性进行分析:性进行分析:第9页,本讲稿共43页对于因素对于因素A A温度温度()1 B时间时间(Min)2 C用碱量(用碱量(x%)3 4 转化率(转化率(x%)1 1(80)1(90Min)1(5%)1 312 2(120Min)2(6%)2 543 3(150Min)3(7%)3 384 2(85)1(90Min)2(6%)3 5
9、35 2(120Min)3(7%)1 496 3(150Min)1(5%)2 427 3(90)1(90Min)3(7%)2 578 2(120Min)1(5%)3 629 3(150Min)2(6%)1 64列号列号试验号试验号第10页,本讲稿共43页从表中可以看出,从表中可以看出,A1、A2、A3各自所在的那组试验中,其它因素各自所在的那组试验中,其它因素(B、C、D)的)的1、2、3水平都分别出现了一次。水平都分别出现了一次。计算方法如下:计算方法如下:K1A=x1+x2+x3=31+54+38=123k1A=K1A/3=123/3=41K2A=x4+x5+x6=53+49+42=144
10、k2A=K2A/3=144/3=48K3A=x7+x8+x9=57+62+64=183k3A=K3A/3=183/3=61我们比较我们比较K1A、K2A、K3A 时,可以认为时,可以认为B、C、D对对K1A、K2A、K3A 的影的影响是大体相同的。于是,可以把响是大体相同的。于是,可以把K1A、K2A、K3A 之间的差异看作是之间的差异看作是A取了三个不同水平引起的。取了三个不同水平引起的。正交设计的整齐可比性正交设计的整齐可比性第11页,本讲稿共43页对于因素对于因素B A温度(温度()1 B时间(时间(Min)2 C用碱量(用碱量(x%)3 4 转化率(转化率(x%)1 1(80)1(90
11、Min)1(5%)1 314 2(85)2(6%)3 537 3(90)3(7%)2 572 1(80)2(120Min)2(6%)2 545 2(85)3(7%)1 498 3(90)1(5%)3 623 1(80)3(150Min)3(7%)3 386 2(85)1(5%)2 429 3(90)2(6%)1 64列号列号试验号试验号第12页,本讲稿共43页同理可以算出:同理可以算出:K1B=x1+x2+x3=31+53+57=141k1B=K1B/3=141/3=47K2B=x4+x5+x6=54+49+62=165k2B=K2B/3=165/3=55K3B=x7+x8+x9=38+42+
12、64=144k3B=K3B/3=183/3=48我们比较我们比较K1B、K2B、K3B 时,可以认为时,可以认为A、C、D对对K1B、K2B、K3B 的影的影响是大体相同的。于是,可以把响是大体相同的。于是,可以把K1B、K2B、K3B 之间的差异看作是之间的差异看作是B取了三个不同水平引起的。取了三个不同水平引起的。对于对于C与此同理与此同理第13页,本讲稿共43页(1)确定因素的主次)确定因素的主次将每列的将每列的 k1、k2、k3 中最大值于最小值之差称为极差(反映了同一中最大值于最小值之差称为极差(反映了同一因素取不同水平时,试验结果的变化幅度。变化幅度越大,说明该因因素取不同水平时,
13、试验结果的变化幅度。变化幅度越大,说明该因素对试验结果的影响越大。)素对试验结果的影响越大。)即:第一列(即:第一列(A因素)因素)k3A k1A614120 第二列(第二列(B因素)因素)k2B k1B55478 第三列(第三列(C因素)因素)k2C k1C574512影响大,就是该因素的不同水平对应的平均收益率之间的差异大影响大,就是该因素的不同水平对应的平均收益率之间的差异大直观看出:一个因素对试验结果影响大,就是主要因素直观看出:一个因素对试验结果影响大,就是主要因素本例中:因素主次为本例中:因素主次为A C B主 次第14页,本讲稿共43页(2)确定各因素应取的水平 A温度(温度()
14、1 B时间(时间(Min)2 C用碱量(用碱量(x%)3 4 转化率(转化率(x%)1 1(80)1(90Min)1(5%)1 312 1(80)2(120Min)2(6%)2 543 1(80)3(150Min)3(7%)3 384 2(85)1(90Min)2(6%)3 535 2(85)2(120Min)3(7%)1 496 2(85)3(150Min)1(5%)2 427 3(90)1(90Min)3(7%)2 578 3(90)2(120Min)1(5%)3 629 3(90)3(150Min)2(6%)1 64列号列号试验号试验号K1123K2144K3183k1A=K1A/3=1
15、23/3=41k2A=K2A/3=144/3=48k3A=K3A/3=183/3=61本例要求指标越大越好,本例要求指标越大越好,应取指标最大应取指标最大的水平,的水平,k3A最大,故因素最大,故因素A应该取应该取A3第15页,本讲稿共43页表格示意如下表格示意如下:K1 123 141 135 K2 144 165 171 K3 183 144 144 k1 41 47 45 k2 48 55 57 k3 61 48 48 R 20 8 12 指标越大越好,应该选取指标最大的水平。从上表可以看出,指标越大越好,应该选取指标最大的水平。从上表可以看出,本试验应该选取每个因素中本试验应该选取每个
16、因素中k1、k2、k3最大的那个水平。即:最大的那个水平。即:A3B2C2 第16页,本讲稿共43页70605040 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3指标因素图因素指标也可以选取图形中最高的水平点得到最优生产条件也可以选取图形中最高的水平点得到最优生产条件:同时可以估计,随着同时可以估计,随着A的增加,指标还有向上的趋势的增加,指标还有向上的趋势第17页,本讲稿共43页选取原则:选取原则:(1)对主要因素,选使指标最好的那个水平)对主要因素,选使指标最好的那个水平 于是本例中于是本例中A选选A3,C选选C2(2)对次要因素,以节约方便原则选取水平)对次要因素,以节约方便原则
17、选取水平 本例中本例中B可选可选B2或者或者B1于是用于是用A3B2C2、A3B1C2各做一次验证试验,结果如下各做一次验证试验,结果如下:试验号试验号 试验条件试验条件 收益率(收益率(x)1 A3B2C2 74 2 A3B1C2 75最后确定最优生产条件为最后确定最优生产条件为A3B1C2第18页,本讲稿共43页综上所述,可获得应用正交试验法的一般综上所述,可获得应用正交试验法的一般步骤为:步骤为:1)定指标,挑因子,选水平;定指标,挑因子,选水平;2)选用适当的正交表,排表头;选用适当的正交表,排表头;3)严格按表中指定条件做完各次试验,并将严格按表中指定条件做完各次试验,并将试验数据填
18、入表格右端;试验数据填入表格右端;4)计算各列同一水平的数据和与极差,并填计算各列同一水平的数据和与极差,并填入表格下端;入表格下端;5)按极差的大小排出因子的主次;按极差的大小排出因子的主次;第19页,本讲稿共43页6)选取较优的生产条件;选取较优的生产条件;7)进行验证性试验,作进一步分析。进行验证性试验,作进一步分析。极差分析法的极差分析法的优点:简便易行,计算量少。优点:简便易行,计算量少。但其但其缺点缺点是:没有将是:没有将试验条件改变试验条件改变引起数据的引起数据的波动波动与与试验误差试验误差引起数据的引起数据的波动波动区分开来;没区分开来;没有提供判断因子影响是否显著的有提供判断
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