试验最优化-正交试验设计.ppt
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1、第八章第八章第八章第八章实验实验最最最最优优化化化化一、实验设计体系一、实验设计体系一、实验设计体系一、实验设计体系实验和和试验的区的区别“实验实验”、“试验试验”的的相同语素是相同语素是“验验”,即,即“检验检验”,这,这是两者成为同义词的基础,是两者成为同义词的基础,不同语素是不同语素是“实实”、“试试”,这,这是同中有异的原因所在。是同中有异的原因所在。现代汉语词典中这两个词的释义:现代汉语词典中这两个词的释义:【实验】为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事【实验】为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动。某种活动。【试验】为了察看某事的结果或某物的性能而从事某种活
2、动。【试验】为了察看某事的结果或某物的性能而从事某种活动。同时结合各自的语素意义可以看出:同时结合各自的语素意义可以看出:实验中被检验的是某种科学理论或假设,通过实践操作来进行;实验中被检验的是某种科学理论或假设,通过实践操作来进行;试验中用来检验的是已经存在的事物,是为了察看某事的结果试验中用来检验的是已经存在的事物,是为了察看某事的结果或某物的性能,通过使用、试用来进行。或某物的性能,通过使用、试用来进行。实验和和试验的区的区别实验是对抽象的知识理论所做的现实操作,用来证明它正确或者实验是对抽象的知识理论所做的现实操作,用来证明它正确或者推导出新的结论。它是相对于知识理论的实际操作。推导出
3、新的结论。它是相对于知识理论的实际操作。试验是对事物或社会对象的一种检测性的操作,用来检测那里正试验是对事物或社会对象的一种检测性的操作,用来检测那里正常操作或临界操作的运行过程、运行状况等。它是就事论事的。常操作或临界操作的运行过程、运行状况等。它是就事论事的。试验都是实验。实验比试验的范围宽广。试验都是实验。实验比试验的范围宽广。工厂的产品可以抽样检测,是试验。试验的结果可能是破坏性的,因此工厂的产品可以抽样检测,是试验。试验的结果可能是破坏性的,因此不能试验所有的产品。相反,如果产品质量不太稳定,必须对所有产品不能试验所有的产品。相反,如果产品质量不太稳定,必须对所有产品都做最起码的检测
4、,以证明它基本达标。用地震方法检测地下蕴藏必须都做最起码的检测,以证明它基本达标。用地震方法检测地下蕴藏必须保证不影响社会生活和生态坏境变迁。社会计划的试点也是试验。试验保证不影响社会生活和生态坏境变迁。社会计划的试点也是试验。试验中,中,试验对象是明确的,试验目的是检查它能不能正常运行、正常运行试验对象是明确的,试验目的是检查它能不能正常运行、正常运行的条件和该条件允许的范围的条件和该条件允许的范围。对社会生活或个体人生作试验具有改变现。对社会生活或个体人生作试验具有改变现实的性质,应该非常谨慎,有些甚至是要禁止的。对人类的克隆有可能实的性质,应该非常谨慎,有些甚至是要禁止的。对人类的克隆有
5、可能改变人类,也就遇到了伦理学和社会学的界限。不改变社会或个体人生改变人类,也就遇到了伦理学和社会学的界限。不改变社会或个体人生的实验,不破坏事物的实验可以自由进行。制造新的宇宙飞行航天器既的实验,不破坏事物的实验可以自由进行。制造新的宇宙飞行航天器既是实验也是试验,因为那里的风险太大,参与它的人员必须有大无畏精是实验也是试验,因为那里的风险太大,参与它的人员必须有大无畏精神。它成功了就是实验成就。它失败了也就只是人类顽固试验的初出茅神。它成功了就是实验成就。它失败了也就只是人类顽固试验的初出茅庐罢了庐罢了 如何科学的设计实验,对实验所观测的如何科学的设计实验,对实验所观测的数据进行分析和处理
6、,获得研究观测对数据进行分析和处理,获得研究观测对象的变化规律,达到各种实用的目的是象的变化规律,达到各种实用的目的是每个需要进行实验的人员需要解决的问每个需要进行实验的人员需要解决的问题。题。实验研究实验研究 将一组随机抽取的实验对象随机分配到两将一组随机抽取的实验对象随机分配到两种或多种处理组,观察比较不同处理的效应,种或多种处理组,观察比较不同处理的效应,这种研究称为这种研究称为“实验研究实验研究”。“实验设计实验设计”是为实验研究做的周密计划。是为实验研究做的周密计划。1适应仓储作业过程的要求,有利于仓储业务的顺利进行。(1)单一的物流方向(2)应尽量减少储存物资在库内的搬运距离,避免
7、任何迂回运输。(3)最少的装卸环节(4)最大程度地利用空间2有利于提高仓库的经济效益(1)货区布局应充分考虑地形、地质条件,因地制宜(2)平面布置与竖向布置相适应(3)货区布局能充分和合理地利用我国目前普遍使用的门式、桥式起重机等固定设备3有利于保证安全生产和文明生产实验设计实验设计广义的实验设计广义的实验设计:指的是研究者在实验开始之指的是研究者在实验开始之前所作的各项具体计划,包括实验研究中的涉前所作的各项具体计划,包括实验研究中的涉及所有的环节。及所有的环节。狭义的实验设计狭义的实验设计:把实验处理安排到实验单位把实验处理安排到实验单位(在心理学中通常称为被试,故以下称被试在心理学中通常
8、称为被试,故以下称被试)的的过程或模式,或者说是对被试进行分组接受不过程或模式,或者说是对被试进行分组接受不同实验处理的过程或模式。同实验处理的过程或模式。实验设计是数理统计中的一个较大的分支,它的内容十分丰富。实验设计是数理统计中的一个较大的分支,它的内容十分丰富。实验研究的特点实验研究的特点(1)能有效地控制误差,节省人力、财力、物)能有效地控制误差,节省人力、财力、物力,提高效率。力,提高效率。(2)研究者能人为地设置处理因素。)研究者能人为地设置处理因素。(3)受试对象接受何种处理及处理因素的水平)受试对象接受何种处理及处理因素的水平是随机分配的。是随机分配的。实验的本质实验的本质比较
9、比较 比较几个常数的相对值,我们关心的是它们之间比较几个常数的相对值,我们关心的是它们之间 的差异或比例。的差异或比例。控制控制首先,为了减少实验误差,通常需要将一种实验处首先,为了减少实验误差,通常需要将一种实验处理安排在多个被试身上。这个过程通常叫做重复。理安排在多个被试身上。这个过程通常叫做重复。其次,为了比较不同的实验处理效应,需要将不同其次,为了比较不同的实验处理效应,需要将不同的实验处理安排到不同的实验组的被试上。的实验处理安排到不同的实验组的被试上。但无论怎样安排,都必须消除不同实验组之间存在但无论怎样安排,都必须消除不同实验组之间存在的被试差异。实验设计控制这种差异有两种方式的
10、被试差异。实验设计控制这种差异有两种方式:一是随机化方法,二是区组方法。一是随机化方法,二是区组方法。二、实验设计方案选择二、实验设计方案选择二、实验设计方案选择二、实验设计方案选择实验设计方案实验设计方案“七步论七步论”1)确定并表述所要研究的问题确定并表述所要研究的问题;2)选择自变量、自变量的范围和水平选择自变量、自变量的范围和水平;3)选择反应变量选择反应变量;4)选择实验设计选择实验设计;5)实验的实施实验的实施;6)对数据进行统计分析对数据进行统计分析;7)作出结论和进一步研究的建议。作出结论和进一步研究的建议。科学的实验研究方法包括:科学的实验研究方法包括:1 1、要以最少的实验
11、工作量来获得尽可能、要以最少的实验工作量来获得尽可能多的关于研究对象的信息;多的关于研究对象的信息;2 2、在研究的工程参数变化范围内建立起、在研究的工程参数变化范围内建立起优化对象各指标与工程参数之间精度较优化对象各指标与工程参数之间精度较高的函数关系;高的函数关系;3 3、通过对优化对象各指标间科学地协调、通过对优化对象各指标间科学地协调与分析中,达到指标的总体优化。与分析中,达到指标的总体优化。三、正交试验设计三、正交试验设计三、正交试验设计三、正交试验设计(一)(一)基本概念基本概念1、正交试验法2 2、指标、因素、水平3、正交表及其特点1、正交试验法、正交试验法概念概念正交试验法,也
12、称正交试验设计法,是利用正交试验法,也称正交试验设计法,是利用“正正交表交表”科学地安排和分析多因素问题试验的一科学地安排和分析多因素问题试验的一种数理统计方法。种数理统计方法。它帮助人们只进行代表性很强的少量的若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。预报出最佳条件下试验结果的变动范围。1、正交试验法、正交试验法作用作用 (1)合理安排试验,减少实验次数,当因素越多时,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。正交试验设计的这一优越性越突出。(2)在
13、众多影响因素中,分清因素主次,抓住主要矛在众多影响因素中,分清因素主次,抓住主要矛 盾。盾。(3)正交试验设计是掌握各影响因素与产品质量指标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。提供有利的条件。(4)找出最优的设计参数和工艺条件。找出最优的设计参数和工艺条件。(5)指出进一步试验方向。指出进一步试验方向。1、正交试验法、正交试验法优点优点 试验次数少,效果好,方法简单,使用方便,效率高。1、正交试验法、正交试验法产生和发展产生和发展20世纪世纪20年代,英国罗隆姆特农业试验站安排田间试验排列
14、年代,英国罗隆姆特农业试验站安排田间试验排列 1925年费歇尔年费歇尔“研究工作中的统计方法研究工作中的统计方法”系统论述试验设计系统论述试验设计 由于此法行之有效,很快被英、美等军事工业和科研部门所采用。由于此法行之有效,很快被英、美等军事工业和科研部门所采用。二次世界大战后英国出版了正交试验应用实例,介绍了应用成果。二次世界大战后英国出版了正交试验应用实例,介绍了应用成果。于是正交试验法相继传到世界各国。于是正交试验法相继传到世界各国。日本企业界引起正交试验加以发展,编制成正交表做为质量管理日本企业界引起正交试验加以发展,编制成正交表做为质量管理的一项重要管理技术加以普及和推广。的一项重要
15、管理技术加以普及和推广。我国从我国从50年代开始研究正交试验法,很快受到工农业生产部门和年代开始研究正交试验法,很快受到工农业生产部门和科研单位的重视和欢迎。科研单位的重视和欢迎。80年代以来被列为现代管理方法在经济年代以来被列为现代管理方法在经济管理中广泛应用。管理中广泛应用。1、正交试验法、正交试验法在纺织上广泛应用于技术革新、工艺改革、在纺织上广泛应用于技术革新、工艺改革、产品设计和科学试验等方面:产品设计和科学试验等方面:提高产品的质量、产量;提高产品的质量、产量;研究采用新工艺、新品种;研究采用新工艺、新品种;了解新设备的工艺性能;了解新设备的工艺性能;改进技术管理等。改进技术管理等
16、。2、指标、因素、水平、指标、因素、水平 指标指标 定义:在试验中:在试验中 ,根据试验目的而确定的衡量试,根据试验目的而确定的衡量试 验结果的特征量称为指标。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、它可以是产品的质量参数(重量、尺寸、速度、温度、寿命、硬度、精度速度、温度、寿命、硬度、精度),也),也 可以是成本、数量、效率等。可以是成本、数量、效率等。分类:定量指标:定量指标 定性指标定性指标 在试验设计中,通常采用将定性指标定量化的方,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法(如评分法)将定性指标化为定量指标进行考 核和分析。核和分析
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