《实验设计方法》教案.pdf

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1、教师教案(2005200520062006学年第学年第 1 1 学期学期)课课 程程 名名 称：试验设计方法称：试验设计方法授授 课课 学学 时：时：3232授授 课课 班班 级：级：23034010-1123034010-11教教 师师 职职 称：教授称：教授教师所在学院：微电子与固体电子学院教师所在学院：微电子与固体电子学院电子科技大学电子科技大学课程名称课程编号试验设计方法55036120必修课课程类型选修课授课方式是 否 采 用多媒体学时分配教材专选课()；公选课()考核方式是否采用双语考试()考查()否授课专业班级2303401023034011年级修课人数三60学科基础课()；专业

2、基础课()；专业课()理论课()；实践课()是课堂讲授28学时；实践课4学时名称优化试验设计法及其在化学中的应用作者何为出版社及出版时间电子科技大学出版社，2004陈魁.试验设计与分析.Designandanalysisexperiment.试验设计与分析陈魁.D.C.杨德清华大学出版社.1996 年中国农业出版社.2002ofMontgomery,New York:Wiley.1997试验设计与数据分析最优化理论及算法Quality Engineering UsingRobust Design参考书目实验设计法SystemofExperimentalDesign项可风陈宝林Phadke,M.

3、S.(日)田口玄一Taguchi,Genichi上海科技出版社.1991 年清华大学出版社.1990 年Prentice Hall,EnglewoodCliff,NJ.November 1989魏锡,王世芳译.机械工业出版社.1987New York:UNIPUB/KrassInternationalPublications,Volume 1&2,1987授课时间2005 年 9 月2006 年 1 月绪论绪论 1 1 学时学时教学内容及要求教学内容及要求试验设计方法试验设计方法在科学研究中的作用1.科学研究的基本过程2.科学研究的基本方法3.试验设计方法试验设计方法的主要内容试验设计方法在科

4、学技术发展中的地位和作用。试验设计方法的起源。我国试验设计方法的发展和现状。使用试验设计方法的目的、内容和应用。试验设计方法是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。教学内容：正交试验法、优选法基础、回归分析法、均匀设计法、单纯形优化法参考资料参考资料项可风.试验设计与数据分析.上海科技出版社.1991 年陈宝林.最优化理论及算法.清华大学出版社.1990 年邓正龙.化工中的优化方法.化学工业出版社.1991 年陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996 年(日)田口玄一.实验设计法.魏锡,王世芳译.机械工业出版社.1987Phadke,M.S.Quality Engineering U

5、sing Robust Design PrenticeHall,Englewood Cliff,NJ.November 1989Taguchi,Genichi.System of Experimental Design Edited by DonClausing.New York:UNIPUB/Krass International Publications,Volume 1&2,1987Montgomery,D.C.Design and analysis of experiment.New York:Wiley.1997杨德.试验设计与分析.中国农业出版社.2002第一章第一章 正交试验基本

6、方法正交试验基本方法 5 5 学时学时授课时数：一、教学内容及要求多因素试验问题、正交试验、正交表符号的意义。因素、水平、自由度、试验指标、交互作用。均衡分散性、整齐可比性、自由度选表原则、表头设计。正交表的特点、用正交表安排试验及结果分析。正交试验的步骤。正交试验的实际工作意义。正交试验的应用范例。二、教学重点与难点多因素试验问题：全面试验法、简单比较法、正交试验法。正交表符号的意义。正交表的均衡分散性和整齐可比性的物理意义。用自由度选表原则进行表头设计。因素水平的随机化。有交互作用的正交试验。正交试验的一般步骤及结果分析。正交试验的实际工作意义。三、作业1多因素试验试验设计常采用的全面设计

7、法、简单比较法和正交试验法各有何优缺点。2正交表有何特点？均衡分散性的含义是什么？极差分析法和方差分析法使用了正交法的哪一个特点？3用正交表安排试验的基本步骤是什么？什么叫做交互作用？有交互作用的正交试验应如何安排，试验结果又如何分析？有交互作用的正交试验和无交互作用的正交试验的结果分析有何共同点和不同点？4什么叫做自由度选表原则？正交表的自由度、因素的自由度和交互作用的自由度如何确定？5某试验有 A,B,C,D,E 等 5 个 2 水平因素，要考虑的交互作用有 AB，AC,AD,AE,BC,BD,DE,试根据自由度选表原则，作出正交设计试验方案。6为什么在进行正交试验方案设计和进行正交试验时

8、，有时，有必要对因素水平表中的因素和试验顺序进行随机化，请举例说明。7 为提高烧结矿的质量，做下面的配料试验。各因素及其水平如下表（单位：t）：因素精矿水平12反映质量好坏的试验指标为含铁量，越高越好。用正交表L8(27)安排试验。各因8.09.55.04.00.80.92.03.01.00.50.51.0生矿焦粉石灰白云石铁屑ABCDEF素依次放在正交表的 16 列上，8 次试验所得含铁量（）依次为 50.9，47.1，51.4，51.8，54.3，49.8，51.5，51.3。试对结果进行分析，找出最优配料方案。8在梳棉机上纺粘棉混纱，为了提高质量，选了 3 个因素，每个因素有两个水平，3

9、 因素之间有一级交互作用。因素水平如下表：因素金属针布水平12试验指标为棉结粒数，越小越好。用正交表 L8(27)安排试验，8 次试验所得试验指标的结果依次为 0.30，0.35，0.20，0.30，0.15，0.40，0.50，0.15。试用极差分析法对结果进行分析。9扬州轴承厂为了提高轴承圈退火的质量，制定因素水平表如下：因素水平 1水平 2其试验指标为硬度合格率，采用正交表 L4(23)其结果依次为 100，45，85，70。上升温度 A800820保温时间 B6 小时8 小时出炉温度 C400500甲地产品乙地产品6kg10kg238rmin-1320rmin-1产量水平速度ABC试用

10、极差分析法分析试验结果，并给出相应的结论。四、本章参考资料何为编著.优化试验设计方法及其在化学中的应用.电子科技大学出版社.2004 年陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996 年杨德.试验设计与分析.中国农业出版社.2002五、教学后记要求学生掌握正交实验法的基本原理，能熟练地运用正交实验法安排多因素多水平多指标的正交实验，正确地运用自由度选表原则，选择适当的正交表来安排正交实验，并能用极差分析法分析试验结果第二章 正交试验结果的统计分析方法 5 学时一.教学内容及要求正交试验方差分析法。试验数据构造模型。方差分析建立的基础。参数估计、变差平方和分解公式、自由度分解公式及相应的计算公式

11、。方差分析的必要性，显著性检验，方差分析表。方差分析的一般步骤。有交互作用的方差分析。有重复试验的方差分析方法，两类误差的物理意义。方差分析的精度。缺落数据的弥补。二.教学重点与难点试验数据的构造模型。方差分析建立的基础。参数估计、变差平方和分解公式、自由度分解公式及相应的计算公式。方差分析的必要性，显著性检验，方差分析表。方差分析的一般步骤。有交互作用的方差分析。有重复试验的方差分析方法，两类误差的物理意义。方差分析的精度。缺落数据的弥补。三作业1方差分析解决什么问题？方差分析建立的基础是什么？试证明变差平方和公式：ST=SA+SE。2正交试验方差分析建立的基础是什么？有什么意义？解决什么问

12、题？正交试验结果分析极差分析法和方差分析法有何共同点和不同点？3有重复试验的正交试验结果方差分析法中的 Se1和 Se2有什么不同，在什么情况下两者可以合并对所考察的因素和交互作用进行误差估计。有重复十一点方差分析和没有重复试验的方差分析，谁的检验精度更高？45对第一章的 7，8，9 题用方差分析法分析试验结果。对第一章的 7 题，若第八号试验的数据完全丢失，利用数据结构模型和参数估计方法及极小化误差法估计第八号试验丢失的数据。四.本章参考资料何为编著.优化试验设计方法及其在化学中的应用.电子科技大学出版社.2004 年陈魁.试验设计与分析.清华大学出版社.1996 年杨德.试验设计与分析.中

13、国农业出版社.2002五教学后记试验数据的构造模型建立，设计大量的数量统计知识，在建立模型是重点要求学生掌握模型建立的思路即可，避免学生在模型建立的数学问题上去花过多的时间和精力。必须让学生明白，正交试验的方差分析法和极差分析法是正交试验结果分析的两种方法，前者虽然麻烦一些，但由于能给出误差估计，应用试验的信息更充分，所以更能反映出试验结果的本质。第三章 多指标问题及正交表的灵活运用 5 学时一教学内容及要求多指标问题的两种处理方法。水平数不同的正交表的使用及结果分析。并列法、拟水平法。混合水平有交互作用的正交试验。活动水平法，组合因素法。正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。部

14、分追加试验。配比试验和寿命试验。误差与重复。特殊类型二水平和三水平正交表及交互作用表的构造。二.教学重点与难点多指标问题的处理方法，每种处理方法的实用条件、应用范围。水平数不同的正交表的使用及结果分析。并列法、拟水平法。混合水平有交互作用的正交试验。活动水平法，组合因素法。正交分割试验法。分级因素、正交分割试验的方差分析表。部分追加试验。配比试验和寿命试验。误差与重复。三作业1有一试验，A 为 4 水平因素，B,C,D,E 和 F 为 2 水平因素，要考察的交互作用有 AB 和 EF 试用并列法和自由度选表原则作出正交试验设计方案。2对多指标的正交试验的结果分析常用两种方法？举例说明两种方法的

15、应用范围和各自的优缺点？3设有A,B,C,D,E,F 6个因素，均为2 水平，其中AB,BD 存在。已知试验分步完成。其中A,B 一级因素C,D 二级因素E,F 三级因素试根据正交分割试验原则作出相应的正交试验方案和相应的方差分析表。4活动水平的含有是什么？安排有活动水平的正交试验应采用什么原则，请举例说明？组合因素法的优点是什么？5某厂生产液体葡萄糖，要对生产工艺进行优选试验。因素及其水平如下表：因素水平ABC稳压时间/min05D粉浆浓度/%粉浆酸度工作压力/105Pa1216181.52.02.22.73202.5103.2试验指标有两个：（1）产量，越高越好；（2）总还原糖，在 324

16、0之间。用正交表 L9(34)安排试验。将各因素依次放在正交表的 14 列上。9 次试验所得结果依次如下：产量（kg）：498，568，568，577，512，540，501，550，510；还原糖（）：41.6，39.4，31.0，42.4，37.2，30.2，42.4，4.4，30.0试用综合平衡法对结果进行分析，找出最好的生产方案。6为提高某种药品的合成率，对工序进行试验。各因素及其水平如下表：因素水平123用将第 2 水平虚拟成第 3 水平的拟水平法安排试验，选取正交表 L9(34)，将各因素放在正交表的 14 列上，9 次试验所得合成率（）依次为 69.2，71.8，78.0，74.

17、1，77.6，66.5，69.2，69.7，78.8。试分析试验结果，选好最好的生产条件。7.桂林饮料厂空罐车间选择焊锡的工艺参数，制定因素水平表如下：A温度/352545B甲醇钠量/mL354C醛的状态固态液态D缩合剂量/mL0.91.21.5因素焊锡温度一道药水浓度二道药水浓度酒精量水平 1水平 2水平 330032028048。Be32。Be30。Be38。Be10 毫升40。Be20 毫升48。Be0 毫升采用 L9(34)表，试验指标为综合评分，试验结果依次为 58，70，59，70，64，78，90，73，65。试用方差分析法及极差分析法分析试验结果，并给出相应的结论。8北京塑料三

18、厂为了改善 EVC 压缩永久变形指标，制定因素水平表如下：因素水平 1水平 2水平 3水平 4其中，交联剂 B 是随着发泡剂 C 变化的水平，要去在每号试验中算出它的具体4份数。采用 L8(41，其结果依次2)因素水平表，试验指标为压缩永久变形（）填料 A10（份）20（份）40（份）60（份）交联剂 Bc/6（份）c/6.5（份）发泡剂 C6（份）5（份）促进剂 D2.5（份）4（份）塑化时间 E13（分钟）18（分钟）为 8.75，7.62，8.24，6.70，11.80，6.38，6.32，6.02。试用方差分析法及极差分析法分析试验结果，并给出相应的结论。9 北京第二制药厂五车间改进长

19、效黄胺精制成品质量，用 L8(27)安排了 7 因素 2 水平的试验，因素水平表如下：脱色前处理加保险粉方法加炭温度滤液升温处理不加沸加沸30中和速度因素溶媒脱色 PH水平 1水平 2过滤滤前加入4060洗炭水自来水快慢调 PH9.3不调不过滤滤后加入其试验指标为综合评分，结果依次为 60，65，95，100，85，80，90，90。试用方差分析法及极差分析法分析试验结果，并给出相应的结论。10 无锡纺织机械厂石蜡浇铸车间，精密浇铸工件，为了提高蜡模模壳的强1度和工件的表面光洁度，采用 L18(372)表做了试验，八种因素的水平表如下：因素焙烧温度（）三氧化二铝（）9045矾土（）表面层涂料粘度（秒）1521焦宝石井亭坭加强层涂料粘氯化铵浓度（）（）度（秒）（）12181820水平 1水平 2800850512203005水平 3900602026401082022其试验指标为综合评分，结果如下表：试验号123456789试用方差分析法及极差分析法分析试验结果，并给出相应的结论。11 已知某正交试验方案及试验指标如下。试用极差分析法及方差分析法分析试验结果（要求试验指标越小越好）。列ABAxBCD试验指标302040202035452450综合评分103010103050304048