《试验设计》PPT课件

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1、八章试验设计一、试验设计二、单因素实验法三、多因素实验法四、方差分析五、正交试验六、信噪比第一节试验设计(优选法)优选法，是一种根据生产和科研中的不同问题，利用数学原理，合理的安排试验点，以求迅速找到各种因素的最佳点的科学的实验方法。最优化方法间接最优化方法（或称解析最优化方法）直接最优化方法（或称试验最优化方法）是把所研究问题用数学表达式描述出来，即建立数学模型，然后，用解析方法求解，以达到最优化目的。这种情况只有在对所研究问题的基本规律或对其机理比较清楚的情况下才有可能一种是通过大量实验，构成一类函数关系（如正态分布、泊松分布、二项分布等）来逼近这些试验数据，再从该函数关系中求出

2、最优解。另一种办法是直接通过少量试验，根据试验结果的比较来求得最优解，以达到解决问题的目的。（这就是试验设计中的优选法。）优选法的目的，就是通过合理的安排试验点，以较少的试验次数、较低的试验成本，迅速得到满意的结果。这也就是“试验设计”要解决的问题。优选法的一个特点就是不必事先知道所求目标的数学表达式。所有选择最佳点的问题，都称之为优选问题，也就是最优化问题。解决最优化问题的方法称为优化方法或优选方法。一、概述实验设计法是英国学者费舍尔(R．A．Fisher)在20世纪20年代为使农业试验合理化而提出的一种用于安排实验和分析实验数据的数理统计方法。最初，欧美各国主要将此方法应用于生物

3、学、医学等领域的科学研究。第二次世界大战之后，实验设计法在工业中得到推广和应用。日本学者田口玄一首先将实验设计法成功地应用于新产品的开发设计.实验设计法主要解决的是多因素条件实验的问题。二、田口方法简介（三次设计）三次设计是日本学者田口玄一独创的质量工程学(国际上通常称为“田口方法”)中的主要内容，是建立在实验设计技术基础之上的一种在新产品开发设计过程中进行三段设计的设计方式。三次设计以实验设计法为基本工具，在产品设计上采取措施，系统地考虑问题，通过对零部件或元器件的参数进行优选，以求减少各种内、外因素对产品功能稳定性的影响，从而达到提高产品质量的目的。（一）质量波动的原因引起产品质

4、量波动或引起产品功能偏离目标值的原因(又称噪声、干扰)来自以下三个方面：1．外噪声。由于环境因素与使用条件变化，会使产品不能正常发挥其功能。例如一台电动机的转速随外部环境条件，诸如温度、湿度、电源电压等的波动而有较大变化时，则此电动机是抗外噪声影响性能低下的电动机。产品在贮存或使用中，由于材料老化或零部件磨损，将逐渐使产品功能发生变化。例如由于绝缘材料老化，润滑油干燥，轴承磨损等原因，使电动机不能正常运转。这种使产品功能波动的原因存在于产品内部，故称为内噪声。按同一规格和条件生产出来的一批产品，在同样的环境条件下使用，各产品的质量也会有差别。这种差别虽无法预测，但它们服从一定的统计规

5、律，因此引起这种质量波动的原因称为随机噪声。例如，同类型钟表均能走时准确，则这些钟表的功能没有差别，是制造质量优良的产品。一般说来，抑制随机噪声是制造过程质管应解决的问题，而减少内、外噪声的影响，则主要是在设计阶段。三次设计正是解决后一问题的有效方法。2．内噪声。3．随机噪声。三、实验设计的基本原则(一)重复实验原则重复实验主要是指，在相同的实验条件下，通常应重复实验两次以上。主要是为了对实验结果进行分析时能定量地评价误差的大小，消除偶然误差和试验误差。除此之外，重复正好使一个因子的某个水平与其他因子的各水平都组合到，因而更能真实地反映该因子的水平效果，为选优提供可靠的依据。1、系统

6、设计是指产品的功能设计。系统设计阶段是应用专业技术进行产品的功能设计和结构设计的阶段。在一定的意义上，系统设计可以认为就是传统的产品设计。但是，它是三次设计的基础。通过系统设计可以帮助我们选择需要考察的因子及其水平。2、参数设计阶段是确定系统中各参数的最佳组合的阶段。参数设计是三次设计的核心内容。3、容差设计是参数设计的补充。容差也就是容许偏差或公差。确定这些参数波动的容许范围，参数设计、容差设计要用到实验设计法。（二）三次设计实验设计实验实施实验结果分析首先要明确实验目的，即追求的指标是什么，要考察的因素有哪些，以及它们的变动范围，并根据实验目的合理地制定实验方案。在进行实验时，往

7、往会存在有可能给实验结果带来具有某种倾向性影响的因素(引起系统性误差的因素)。为减少此影响，一般应随机地安排各实验的实验顺序，即应遵循实验顺序随机化的原则。完整的实验确定所考察的因素哪些是主要的，哪些是次要的，进而确定最佳的条件组合。(二)实验顺序随机化原则通过实验顺序随机化，将系统性误差转变为偶然性误差。(三)分块实验原则遵循分块实验原则进行实验，就是要消除系统误差对实验结果的影响。第二节单因素试验设计单因素优选法，已有一套比较成熟的方法，诸如对分法、0