试验设计-第02章-试验干扰控制.ppt

第二章试验干扰控制 第一节试验干扰 一 问题的提出 1 试验设计发展程式 正交试验设计 概念 拉丁方 正交表 基本法有交互作用直接用混合表 基本需要 改造表调整因素水平综合 一般需要 多指标指标估计数据弥补 实际生产 均衡分布思想 应用 中心环节 2 试验过程 程式 1 试验方案数据处理 优水平优搭配因素主次 y优 正交 过程 获取数据方法 光线示波器纸带 磁带机磁带 x y记录仪图线 直接测量 间接测量 统计 产量 调查 抽样 系统误差过失误差随机误差 2 问题 数据准不准 L 实例 为减小玉米收获机械的收获损失 对其摘蕙装置进行试验研究 选定的因素水平如表所示 交互作用均不考察 试验指标为玉米损失率 当然越小越好 750 4 600 3 乙 1 8 35 650 2 甲 1 6 40 700 1 摘辊型式D 喂送速度C m s 辊倾角B C 摘蕙速度A r min 因素水平 选表 二 判别方法 A4B2C1D2 最优组合 B D C A 主次因素 D2 C1 B2 A4 优水平 0 013 0 034 0 002 0 126 0 235 0 202 0 003 0 28 0 095 0 375 0 217 0 250 0 225 0 28 1 81 0 235 0 202 0 228 0 15 0 08 1 1 2 4 8 0 11 2 2 1 4 750 7 0 34 2 1 2 3 6 0 41 1 2 1 3 600 5 0 31 1 2 2 2 4 0 25 2 1 1 2 650 3 0 17 2乙 2 2 35 1 2 0 14 1甲 1 1 40 1 700 1 y D 4 C m s 3 B C 2 A r min 1 ij 12212112 0 2250 228 0 085 0 0850 0220 0850 1820 155 0 115 0 148 0 140 170 250 310 410 340 110 08 0 2250 2280 2280 2250 2280 2250 2250 228 12212112 12345678 JI 1 计算 2 排序 从大到小 或从小到大 34568721 34568721 3 比较 例 无线电元件厂对影响产品不合格因素及水平如表 全部交互作用可忽略 试验指标为产品不合格率y 越小越好 三 试验干扰 1 干扰 使试验指标产生波动的条件因素 它们造成对试验的干扰 影响实验数据的准确性 2 原因 根本上讲 是试验条件的不均匀 造成条件因素未能很好有效控制 影响试验指标 试验因素 对y波动越大越好 条件因素 对y波动越小越好 1 因素水平 希望波动 可正交分析 2 水平控制 误差允许1 如误差较大 用模糊正交设计 3 组合失控 正交表上看错行时 正交实验失败 回归设计分析 1 可控的未控好 协方差分析 2 不可控 人机环境 气候时间实验材质仪器温度 用干扰控制 3 如何控制干扰 任何一项试验都有干扰 对指标影响不大者 可视为随机干扰 可归随机误差 要视具体试验 精度要求 而定 对于验证性试验 要求规定统一的检验标准与实验条件 对于探索性试验 尽量保证实验条件均匀一致 必须遵守实验设计三条基本原则 设置区组 重复试验 随机化措施 第二节实验设计的原则 一 设置区组 1 区组 人为划分的试验时空范围 时间和空间 2 分区组的目的 缩小范围 消除差异 创造均匀 区组内 试验时空范围小 认为实验条件一致 均匀 区组间 试验时空范围大 认为实验条件不一致 不均匀 3 如何划分区组 根据试验具体情况 凡使试验条件产生差异 可能形成较大干扰的条件因素 都可划分区组 时间 日期 季节 空间 地块 试件 路段 场地 仪器 设备 车床 车辆 测试仪器 操作人员 操作技术水平 4 区组设计 在试验设计中占有重要地位 1 利用区组合理安排试验方案 以控制试验干扰的设计方法 2 关键 按均衡分布思想安排试验的时间顺序与空间位置 以保证试验条件的均匀一致 5 注意 试验前 分析可能产生的干扰 主次排队 在编制方案时就考察如何控制干扰 使方案设计 干扰控制与结果处理融为一体 确定控制的方法 干扰是因素 原因 认为试验因素与干扰无交互作用 如果存在交互作用 就不能把干扰作为区组 而必须作为一个因素安排在试验中 二 重复试验 1 概念 同一个试验单元的若干次重复 试验单元 一种组合处理由始至终的完整的试验过程 一项多因素试验中 有几个组合处理就有几个试验单元 而重复取样是在试验单元内的多次取样 2 关键 做到是真正的重复试验 而不是重复取样 1 概念上的区别 试验单元间 试验单元内 2 误差上的区别 重复试验误差e 纯 单元间整体重复取样误差es 部分 单元内局部 3 目的 1 估计试验误差e 纯 2 提高试验精度 3 扩大试验的适应性与代表性 4 重复试验的方法 1 全部重复 选优 可靠性强 但是人力 物力 财力消耗很大 有些点不需要 2 单点重复 在较优点 最优点或需要点重复 人 财 物 时耗资小 3 先不重复 筛选出主要因素 再安排试验时再重复 根据试验具体情况和实际要求 合理确定 Note 相同条件下的重复试验不能发现和减小系统误差 三 随机化措施 1 目的进一步消除干扰 创造试验条件均匀 使各号试验在排列上机会均等 消除某号试验可能占有某种优势或劣势 对区组设计和重复试验中未能控制的干扰作进一步的控制 使各号试验条件尽量一致 2 关键试验序号随机安排 使各号试验优劣均等 随机化包括 试验序号的随机安排 因素水平的随机安排 不一定从大到小或者从小到大安排 区组序号的随机安排 重复试验的试验号 区组号的随机化 3 随机化方法 部分随机化 抓阄掷子查随机数据表 在完全随机化的基础上 再加上人为的调整 完全随机化 CompletelyRandomizedDesign 随机化可使系统误差转化为随机误差 从而可正确 无偏地估计试验误差 并可保证试验数据的独立性和随机性 以满足统计分析的基本要求 Note 在试验中 遵循随机化原则是消除系统误差的有效手段 提高试验准确性和精确性保证统计推断的可靠性 随机化排列 重复试验 设置区组 消除系统误差无偏估计试验误差 估计和降低随机误差 与重复试验结合 分离系统误差降低随机误差 试验设计三原则关系 第三节单向干扰控制 一 概述 1 单向干扰 一个条件因素对指标y造成较大影响 2 控制方法 区组设计 正交表区组设计 完全区组设计不完全区组设计 二 完全区组设计 1 概念 一个区组能容纳正交表所列全部组合处理的区组设计 A1B1C1 A1B2C2 A2B1C2 A2B2C1 2 特点 1 a 试验点小 一般2 4 最多不超过8 9个 a一般为4 即可选用L4 23 L8 27 L9 34 L8 4x24 2 区组个数等于重复试验次数 有几个区组点重复几次 3 控制干扰不占正交表的列 不影响部分实施的大小 区组设计与试验方案无关 是相互独立 先方案 后区组 不占列 不影响 3 方法步骤 东方红40拖拉机与IL2 30悬挂犁机组最大耕深试验 条件 本试验用同一台拖拉机 同一个驾驶员 同一组测试人员和测试仪器 1 方案设计与基本法相同 2 控制干扰 此种设计仅实施方案时 遵循三原则 1 确定应控干扰及其控制方法 2 设置区组 不设不行 松软不均 影响耕深 3 最低重复试验 区组设计个数 2个 不重复无区组而言 松软 坚硬 区组1 区组2 A 1 2 3 4 1 2 3 4 13 42 B 3 2 14 13 42 C 24 31 A 设区组 有重复 不随机化不行 换七次犁铧 没有清除土壤软硬影响 B 完全随机化 换四次 土壤影响在一定程度上消除 C 在完全随机化基础上调整 部分随机 换二次 松软均匀 4 随机化 4 结果分析R法 只需将重复试验的指标值都列上 取其平均值即可 5 优缺点优点 不影响方案设计 结果分析简单 缺点 a 试验号数 小 限制广泛应用 三 不完全区组设计 1 概念 一个区组只能容纳正交表所列的一部分组合处理的区组设计 2 特点 试验号可多 不受限制 区组内试验量受限2 4 一般不超过6 且各区组试验号相等 重复一次 即为所有区组的一次重复 区组设计与方案设计有关 控制单向干扰需占正交表一列 该列称区组列或干扰列 使 增大 干扰当作因素看待 占一列 有所得 必有所失 试验数据需要修正 3 方法与步骤 1 方案设计 1 考察并确定应控干扰G 土壤软硬不均 3 表头设计 将G作为因素看待 且与其它因素无交互作用 2 选表 C C因 C交 C干 3 0 1 4 L9 34 575 4 编制方案 A B C试验因素组合不变 G控制 实施路线 2 控制干扰 遵守三原则 1 设置区组 a 区组数等于区组列的水平数N b区 每个区组内的组合处理数等于试验号除以区组列的水平a区 a b区 b 区组内试验组合的具体划分将区组当成一个因素看待 以同一水平所有各号试验为一区组 不同水平即为不同区组 I 1 5 9 II 2 6 7 III 3 4 8 2 重复试验两次 即做6个区组 每重复一次即重复3个区组 3 随机化措施 试验号顺序区组号顺序重复试验 松软 坚硬 I 1 5 9II 2 6 7III 3 4 8 17次 12次 2 计算各区组对应指标均值 I 1 5 9II 2 6 7III 3 4 8 3 结果分析 1 总平均值 23 1322 4320 232 9 3 计算区组效应 23 1322 4320 232 9 4 计算试验指标校正值 5 以y 进行结果分析 23 1322 4320 232 9 第四节两向干扰设计 一 两向干扰 1 概念 同时存在两种必须控制的干扰 试验的时间 空间 人员 仪器和设备等产生的干扰中同时有二个需要控制 在试验的空间中两个方向的较大差异 如地块两个方向土质不均 有两向干扰 实际上 一项试验中可能同时有多种干扰存在 2 控制方法 利用正交表 等水平不等水平 拉丁方 尧登方 二 利用正交表控制两向干扰 1 特点1 a 试验号 不受限制 2 需占正交表2列 G1 G2 3 两向控制皆是不完全区组设计 两向区组数等 等水平不等 不等水平4 列出两向干扰控制表 5 yi应进行两向校正 2 方法步骤 与单向不完全区组设计类似 在非路面条件下进行某越野汽车的通过性试验 重点考察轮胎的结构参数和工作参数 试验因素及其水平如下表 交互作用均可忽略 试验指标为滑转率 1 考察并确定应控干扰 G1 节省时间 同时试验 两台车 两组人员 仪器和试验操作人员有差异 可能造成试验条件的较大差异 而形成干扰 G2 室外试验 考验试验场地发现 各处坚实度有差异 试验场地的不同 坚实度会形成试验干扰 2 方案设计 选表 表头设计 a 先因素 包括交互作用 后干扰 b 排干扰时尽量考虑使水平更换困难的因素 以减少水平更换次数 本例A D 即胎纹 胎宽 难换 更换轮胎困难 13 68 24 57 1 4 5 8 2 3 6 7 G1车 G2地 5列 6列 G1 编制方案 G1 G2不影响A B C D四项组合 实施过程中有影响 影响实施路线 3 列干扰控制表 控制表 正交表G1 G2列各水平的不同组合所对应的试验号 并分别放在G1 G2组成的二元搭配表中相应位置上 此表是控制两向干扰时进行试验的具体依据 直观形象 便于实施和控制 也便于对试验指标进行两向矫正 G2 地 车 G1 车 G1G2 13 68 24 57 1 53 1 4 96 1 3 64 2 G2 地 G1 车 G1G2 2 03 8 4 试验结果分析 在两向控制表上 对试验指标值进行两向矫正 即先清除两向干扰的影响 12 43 1 16 84 2 15 63 9 1 53 1 4 96 1 13 63 4 3 64 2 G2 地 G1 车 G1G2 2 03 8 G1 车 第一区组对应y指标和及均值 G2 地 第一区组对应y指标和及均值 12 43 1 16 84 2 15 63 9 1 53 1 4 96 1 13 63 4 3 64 2 G2 地 G1 车 G1G2 2 03 8 各区组的效应 各区组对应试验指标平均值与总平均值的差值 0 55 0 55 0 250 25 12 43 1 16 84 2 15 63 9 1 53 1 4 96 1 13 63 4 3 64 2 G2 地 G1 车 G1G2 2 03 8 0 55 0 55 0 250 25 矫正指标 将试验指标实测值减去干扰G1和G2分别对应的区组效应 和 1 73 5 4 45 0 4 15 3 1 83 4 3 653 650 3 653 650 二 利用拉丁方控制两向干扰 1 概念 1 拉丁方 用拉丁字母排列的具有一定性质的方阵 2 拉丁方性质 正交性 行列都有 行列调换不改变正交性质 最多安排个试验点 2 设计特点 区组设计a小 一般为2 4 可直接用行 列控制两向干扰 不需要另列控制干扰表 两向皆为完全区组设计 且两向区组数相等 不进行指标矫正 同一号试验多次重复结果的平均值即其矫正 3 方法步骤 例 对三种合金犁铧进行耐磨寿命试验 高铬铸铁 3 2 1 因素水平 1 考察并确定干扰G1 土壤差异列G2 铧片位置行 高钼铸铁 钼钒铸铁 犁铧材质 53117763 18662 52 309103 11 3601206 2 215 1 60 3 85 3421140 1 172 3 56 2 114 324108 6 3 144 2 70 1 110 G2铧别 G1 犁别 G1G2 不矫正 直接用同一号试验所有指标值 求均值 第五节尧登方区组设计 ABCDEBCDEACDEABDEABCEABCD ABCDBCDECDEADEABEABC ABCDEBCDEACDEABDEABC 1 直列随机 将拉丁方的各直列顺序按13542顺序重排 2 横行随机 再将直列重排后的拉丁方的各横行按41523顺序重排 冬小麦施氮肥试验 比较5种不同施肥方式A B C D E对小麦产量的影响 因受试验土地面积所限 且纵向 横向试验条件需控制 故采用5X4尧登方区组设计 以控制纵向和横向的试验干扰 田间试验方案和小麦产量 kg 30m2