Chapter_8_均匀试验设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,均匀试验设计,内 容,均匀试验设计方法,均匀试验结果的分析,一、均匀试验设计方法,1,、均匀设计表,均匀设计表是中科院学部委员王元和方开泰教授经数月研究而提出的一个适合于多因素多水平试验设计方法的一套规格化的表格。,它的一个重要特点是试验因素的水平数等于试验比较的数目。,U,3,（,3,2,）,均匀设计表,列号,试验号,1 2,1,2,3,1 2,2 1,3 3,U,8,（,8,6,）,均匀设计表,列号,试验号,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,2,4,6,8,1,3,5,7,4,8,3,7,2,6,1,5,5,1,6,2,7,3,8,4,7,5,3,1,8,6,4,2,8,7,6,5,4,3,2,1,U,9,（,9,6,）,均匀设计表,列号,试验号,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,2,4,6,8,1,3,5,7,9,4,8,3,7,2,6,1,5,9,5,1,6,2,7,3,8,4,9,7,5,3,1,8,6,4,2,9,8,7,6,5,4,3,2,1,9,U,10,（,10,10,）,均匀设计表,列号,试验号,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2,4,6,8,10,1,3,5,7,9,3,6,9,1,4,7,10,2,5,8,4,8,1,5,9,2,6,10,3,7,5,10,4,9,3,8,2,7,1,6,6,1,7,2,8,3,9,4,10,5,7,3,10,6,2,9,5,1,8,4,8,5,2,10,7,4,1,9,6,3,9,7,5,3,1,10,8,6,4,2,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,U,11,（,11,10,）,均匀设计表,列号,试验号,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,2,4,6,8,10,1,3,5,7,9,11,3,6,9,1,4,7,10,2,5,8,11,4,8,1,5,9,2,6,10,3,7,11,5,10,4,9,3,8,2,7,1,6,11,6,1,7,2,8,3,9,4,10,5,11,7,3,10,6,2,9,5,1,8,4,11,8,5,2,10,7,4,1,9,6,3,11,9,7,5,3,1,10,8,6,4,2,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,11,2,、均匀设计使用表,均匀设计的使用表是用来确定试验处理，以明确作哪些比较的试验。,例如：,U,3,（,3,2,）,均匀设计使用表,因素数,列 号,2,1 2,U,5,（,5,4,）,均匀设计使用表,因 素,列 号,1,2,3,4,1,1 2,1 2 4,1 2 3 4,U,9,（,9,6,）,均匀设计使用表,因 素,列 号,1,2,3,4,5,6,1,1 3,1 3 5,1 2 3 5,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5 6,一个,3,水平,3,因素的试验，共有,3,3,=27,个处理。若用,L,9,（,3,4,）,也要做,9,个比较。若用均匀设计只做,3,个比较。,一个,5,水平,4,因素的试验，共有,5,4,=625,个处理。若用,L,25,（,5,6,）,也要做,25,个比较。若用均匀设计只做,5,个比较。,一个,7,水平,6,因素的试验，共有,7,6,=117649,个处理。若用,L,49,（,7,8,）,也要做,49,个比较。若用均匀设计只做,7,个比较。,为提高均匀试验设计的精确性，试验还可重复,1,次。试验的处理数还是较少的。,说明：王元、方开泰的研究表明，由于均匀设计表列间的相关性，用,U,n,（,m,k,）,最多可以安排,（,k/2,）,+1,个因素。这里（,k/2,）,取整，如,(5.8),则取,5,。,U,5,（,5,4,）,最多可安排,3,个因素，最大,4,个因素。,U,6,（,6,6,）,最多可安排,4,个因素，最大,6,个因素。,U,7,（,7,6,）,最多可安排,4,个因素，最大,6,个因素。,U,8,（,8,6,）,最多可安排,4,个因素，最大,6,个因素。,U,9,（,9,6,）,最多可安排,4,个因素，最大,6,个因素。,U,10,（,10,10,）,最多可安排,6,个因素，最大,10,个因素。,二、均匀设计试验结果的分析,1,、直观分析,2,、回归分析,实例：某酒厂在生产啤酒过程中，选择底水（,X,1,）,和吸氨时间（,X,2,）,进行一比较试验，两因素均选,9,个水平，试验考核的指标为吸氨量（,Y,）。,试验因素水平为：,因素,水 平,底水（,X,1,）,（,g,）,136.5 137.0 137.5 138.0 138.5 139.0 139.5 140.0 140.5,吸氨时间（,X,2,）,（,min,）,170 180 190 200 210 220 230 240 250,选择,U,9,（,9,6,）,均匀设计表,同时根据,U,9,（,9,6,）,设计使用表可将两因素分别安排在第一列、第三列。试验方案及结果见下表：,因素,列号,试验号,X,1,（,底水）,X,2,（,吸氨时间）,Y,（,吸氨量）,1 3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,（,136.5)4(200),2,（,137.0)8(240),3,（,137.5)3(190),4,（,138.0)7(230),5,（,138.5)2(180),6,（,139.0)6(220),7,（,139.5)1(170),8,（,140.0)5(210),9,（,140.5)9(250),5.8,6.3,4.9,5.4,4.0,4.5,3.0,3.6,4.1,结果的统计分析,1,、先将,X,1,、,X,2,各,水平作线性变换。,Z,1j,=,（,X,1j,-136,）,/0.5,，,Z,2j,=,（,X,2j,-160,）,/10,其中,j=1,、,2,、,3,、,、,9,Z,11,=,（,X,11,-136,）,/0.5=1,，,Z,12,=,（,X,12,-136,）,/0.5=2,，,余类推。,计算结果表明，经线性变换后的因素水平值恰好是均匀设计表,U,9,（,9,6,）中,相应列的水平字码，见前述结果表。,对,线性化后的水平值求平方和、平均值。,正规方程组,SS,1,b,1,+SP,12,b,2,=SP,1y,SP,21,b,1,+SS,2,b,2,=SP,2y,即,60b,1,+6b,2,=-19.6,6b,1,+60b,2,=11.0,解得,b,1,=-0.348,，,b,2,=0.218,b,0,=5.27,实例,2,：,华北制药厂在生产青霉素过程中，对青霉素球菌原材料配方，运用均匀试验设计技术进行试验优化研究。,试验目的：降低原材料消耗和提高发酵单位。,试验指标：发酵单位,y,（,u/mg,）,据经验，试验选,6,个因素，其取值范围为：,因素,水平,X,1,X,2,X,3,X,4,X,5,X,6,1,2,3,4,5,1.0 0.50,2.5 0.112 0.23 0.8,1.5 0.54,3.0 0.115 0.26 0.6,2.0 0.58,3.5 0.118 0.14 0.65,2.5 0.62,1.5 0.006 0.17 0.7,3.0 0.46,2.0 0.009 0.20 0.75,上表,X,2,、,X,3,、,X,4,、,X,5,、,X,6,的水平次序作了平滑移动。原均匀设计表中的字码次序不能随意改动，而只能依原次序平滑。避免在试验中出现都是各因素高水平组合的情况。,本试验是,6,因素,5,水平，为提高试验精度、均匀性、可靠性，选,U,10,（,10,10,）。并,运用拟水平法来安排试验。,试验的表头设计为：,因素,X,1,X,2,X,3,X,4,X,5,X,6,列号,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,因素,X,1,X,2,X,3,X,4,X,5,X,6,结果,Y,（,u/mg,）,列号,1 2 3 5 7 10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1(1.0)2(0.54)3(3.5)5(0.009)7(0.26)10(0.75),2(1.5)4(0.62)6(2.5)10(0.009)3(0.14)9(0.70),3(2.0)6(0.50)9(1.5)4(0.006)10(0.20)8(0.65),4(2.5)8(0.58)1(2.5)9(0.006)6(0.23)7(0.60),5(3.0)10(0.46)4(1.5)3(0.118)2(0.26)6(0.80),6(1.0)1(0.50)7(3.0)8(0.118)9(0.17)5(0.75),7(1.5)3(0.58)10(2.0)2(0.115)5(0.20)4(0.70),8(2.0)5(0.46)2(3.0)7(0.115)1(0.23)3(0.65),9(2.5)7(0.54)5(2.0)1(0.112)8(0.14)2(0.60),10(3.0)9(0.62)8(3.5)6(0.112)4(0.17)1(0.80),28625,29558,26008,31133,29641,27175,27858,28692,31796,26908,对照,2.5 0.58 2.5 0.115 0.23 0.75,30542,试,验,号,经,多次多项式回归拟合得如下回归方程：,经,计算：,R,=0.9890998,；,S,=581.39,；,F,=12.777,；,p,0.10,；,F,0.10,=9.35,说 明,1,、均匀设计的试验无法估计交互作用，但确能较快寻找到因素的最优水平组合。,2,、因素及因素水平的确定是非常关键的。因素个数不宜太多（超过,10,）、也不宜太少（,2,个）；因素的取值范围应大一些，即水平数多一些。,3,、结果分析有直观分析和回归分析，前者简单但不能预测；后者复杂、计算量大但能寻找最优水平组合。还需作验证试验。,4,、就正交设计与均匀设计的优化效率比较看，在主要方面正交设计要比均匀设计更好。,练习,1,、进行,3,个因素，每个因素,6,个水平的多因素多水平试验，试用,均匀试验设计,方法作出该研究的试验设计。试验结果如何分析？,2,、考察,3,因素、每因素各,5,个水平的试验效果，请用,正交试验方法,作出该研究的试验设计。试验结果如何分析？,3,、比较,5,种饲料对肉兔生长的影响，试作出该研究的试验设计。试验结果如何分析？,4,、研究,5,种饲料对蛋鸡产蛋的影响，拟考虑产蛋期、温度两个非处理因素对蛋鸡产蛋性能的影响，试用拉丁方试验设计方法作出该研究的试验设计。试验结果如何分析？,5,、拟调查四川白鹅在农户饲养情况下的生产性能，试作出该调查研究的调查计划（方案）。,