試驗設(shè)計試驗干擾控制

試驗設(shè)計試驗干擾控制第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)試驗干擾一、問題的提出1、試驗設(shè)計發(fā)展程式：（正交試驗設(shè)計）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調(diào)整因素水平綜合

一般需要多指標指標估計數(shù)據(jù)彌補實際生產(chǎn)

均衡分布思想應(yīng)用中心環(huán)節(jié)第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、試驗過程（程式）1?試驗方案數(shù)據(jù)處理優(yōu)水平優(yōu)搭配因素主次

y優(yōu)（正交～）

過程獲取數(shù)據(jù)方法

光線示波器紙帶磁帶機磁帶

x-y記錄儀圖線直接測量間接測量統(tǒng)計：產(chǎn)量調(diào)查：抽樣系統(tǒng)誤差過失誤差隨機誤差

2?問題，數(shù)據(jù)準不準L第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月實例：為減小玉米收獲機械的收獲損失，對其摘蕙裝置進行試驗研究，選定的因素水平如表所示，交互作用均不考察，試驗指標為玉米損失率，當然越小越好。75046003

乙1.8356502

甲1.6407001摘輥型式

D喂送速度

C（m/s）

輥傾角

B（°C）

摘蕙速度A（r/min）

因素水平選表

二、判別方法第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月A4B2C1D2

最優(yōu)組合BDCA

主次因素D2C1B2A4

優(yōu)水平0.0130.0340.0020.1260.2350.2020.0030.280.0950.3750.2170.2500.2250.28∑1.810.2350.2020.2280.150.08112480.112214(750)70.34212360.411213(600)50.31122240.252112(650)30.172乙22(35)120.141甲11(40)1(700)

1yD（4）C(m/s)（3）B(°C)（2）A(r/min)（1）

ij

122121120.2250.228第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月-0.085-0.0850.0220.0850.1820.155-0.115-0.1480.140.170.250.310.410.340.110.080.2250.2280.2280.2250.2280.2250.2250.2281221211212345678JI1、計算

2、排序從大到?。ɑ驈男〉酱螅?4568721345687213、比較：第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月例：無線電元件廠對影響產(chǎn)品不合格因素及水平如表，全部交互作用可忽略，試驗指標為產(chǎn)品不合格率y%越小越好。第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月因素試驗號空列112.171.20-0.97221.871.10-0.77332.302.300.00421.871.400.47532.303.401.10612.174.502.33732.301.20-1.10812.170.80-1.37921.873.101.23(3)(2)(6)(5)(8)(9)(4)(1)(7)(3)(4)(6)(5)(7)(9)(2)(1)(8)××××××××第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月三、試驗干擾1、干擾：使試驗指標產(chǎn)生波動的條件因素，它們造成對試驗的干擾，影響實驗數(shù)據(jù)的準確性。2、原因：根本上講，是試驗條件的不均勻，造成條件因素未能很好有效控制。第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月影響試驗指標試驗因素（對y波動越大越好）條件因素（對y波動越小越好）1?因素水平，希望波動，可正交分析2?水平控制，誤差允許1%，如誤差較大，用模糊正交設(shè)計3?組合失控（正交表上看錯行時)

正交實驗失敗，回歸設(shè)計分析1?可控的未控好，協(xié)方差分析2?不可控人機環(huán)境氣候時間實驗材質(zhì)儀器溫度用干擾控制第11頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、如何控制干擾●

任何一項試驗都有干擾；●對指標影響不大者，可視為隨機干擾，可歸隨機誤差，要視具體試驗（精度要求）而定；●對于驗證性試驗，要求規(guī)定統(tǒng)一的檢驗標準與實驗條件；●對于探索性試驗，盡量保證實驗條件均勻一致，必須遵守實驗設(shè)計三條基本原則：●設(shè)置區(qū)組，重復(fù)試驗，隨機化措施。第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)實驗設(shè)計的原則一、設(shè)置區(qū)組1、區(qū)組：人為劃分的試驗時空范圍（時間和空間）2、分區(qū)組的目的:縮小范圍，消除差

異，創(chuàng)造均勻?！駞^(qū)組內(nèi)：試驗時空范圍小，認為實驗條件一致，均勻?！駞^(qū)組間：試驗時空范圍大，認為實驗條件不一致，不均勻。第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、如何劃分區(qū)組●

根據(jù)試驗具體情況，凡使試驗條件產(chǎn)生差異，可能形成較大干擾的條件因素，都可劃分區(qū)組。

時間（日期，季節(jié)）空間（地塊，試件，路段，場地）儀器、設(shè)備（車床，車輛，測試儀器）操作人員（操作技術(shù)水平）第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4、區(qū)組設(shè)計：在試驗設(shè)計中占有重要地位1?、利用區(qū)組合理安排試驗方案，以控制試驗干擾的設(shè)計方法。2?、關(guān)鍵：按均衡分布思想安排試驗的時間順序與空間位置，以保證試驗條件的均勻一致。ABCBCACABABCABCABC第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月5、注意：試驗前分析可能產(chǎn)生的干擾，主次排隊，在編制方案時就考察如何控制干擾，使方案設(shè)計，干擾控制與結(jié)果處理融為一體，確定控制的方法。

干擾是因素（原因），認為試驗因素與干擾無交互作用，如果存在交互作用，就不能把干擾作為區(qū)組，而必須作為一個因素安排在試驗中。第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、重復(fù)試驗1、概念：同一個試驗單元的若干次重復(fù)

試驗單元：一種組合處理由始至終的完整的試驗過程。一項多因素試驗中，有幾個組合處理就有幾個試驗單元，而重復(fù)取樣是在試驗單元內(nèi)的多次取樣。2、關(guān)鍵：做到是真正的重復(fù)試驗，而不是重復(fù)取樣。1?概念上的區(qū)別：試驗單元間，試驗單元內(nèi)。2?誤差上的區(qū)別：重復(fù)試驗誤差e（純）單元間整體重復(fù)取樣誤差es（部分）單元內(nèi)局部第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、目的：1?估計試驗誤差e(純）2?提高試驗精度（）3?擴大試驗的適應(yīng)性與代表性4、重復(fù)試驗的方法1?全部重復(fù)：選優(yōu)，可靠性強，但是人力、物力、財力消耗很大，有些點不需要。2?單點重復(fù)：在較優(yōu)點、最優(yōu)點或需要點重復(fù)，人、財、物、時耗資小。3?先不重復(fù)，篩選出主要因素：再安排試驗時再重復(fù)，根據(jù)試驗具體情況和實際要求，合理確定。Note：相同條件下的重復(fù)試驗不能發(fā)現(xiàn)和減小系統(tǒng)誤差。第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月三、隨機化措施1、目的進一步消除干擾，創(chuàng)造試驗條件均勻，使各號試驗在排列上機會均等;消除某號試驗可能占有某種優(yōu)勢或劣勢，對區(qū)組設(shè)計和重復(fù)試驗中未能控制的干擾作進一步的控制;

使各號試驗條件盡量一致。

2、關(guān)鍵試驗序號隨機安排，使各號試驗優(yōu)劣均等。第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月隨機化包括：●試驗序號的隨機安排；●因素水平的隨機安排；（不一定從大到小或者從小到大安排）●區(qū)組序號的隨機安排；●重復(fù)試驗的試驗號，區(qū)組號的隨機化。第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、隨機化方法部分隨機化抓鬮擲子查隨機數(shù)據(jù)表在完全隨機化的基礎(chǔ)上，再加上人為的調(diào)整。完全隨機化（CompletelyRandomizedDesign）第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月●隨機化可使系統(tǒng)誤差轉(zhuǎn)化為隨機誤差，從而可正確、無偏地估計試驗誤差，并可保證試驗數(shù)據(jù)的獨立性和隨機性，以滿足統(tǒng)計分析的基本要求。Note：在試驗中，遵循隨機化原則是消除系統(tǒng)誤差的有效手段。第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月提高試驗準確性和精確性保證統(tǒng)計推斷的可靠性隨機化排列重復(fù)試驗設(shè)置區(qū)組消除系統(tǒng)誤差無偏估計試驗誤差估計和降低隨機誤差與重復(fù)試驗結(jié)合，分離系統(tǒng)誤差降低隨機誤差試驗設(shè)計三原則關(guān)系第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)單向干擾控制一、概述1、單向干擾：一個條件因素對指標y造成較大影響2、控制方法：區(qū)組設(shè)計=〉正交表區(qū)組設(shè)計完全區(qū)組設(shè)計不完全區(qū)組設(shè)計第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、完全區(qū)組設(shè)計1、概念：一個區(qū)組能容納正交表所列全部組合處理的區(qū)組設(shè)計。A1B1C1、A1B2C2、A2B1C2、A2B2C1第25頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、特點（1）a（試驗點?。┮话?-4，最多不超過8-9個，a一般為4，即可選用L4(23)，L8(27)，L9(34)，L8(4x24)。（2）區(qū)組個數(shù)等于重復(fù)試驗次數(shù)，有幾個區(qū)組點重復(fù)幾次。（3）控制干擾不占正交表的列，不影響部分實施的大小，區(qū)組設(shè)計與試驗方案無關(guān)，是相互獨立，先方案，后區(qū)組，不占列，不影響λ。第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、方法步驟東方紅40拖拉機與IL2-30懸掛犁機組最大耕深試驗。條件：本試驗用同一臺拖拉機，同一個駕駛員，同一組測試人員和測試儀器。第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1°方案設(shè)計與基本法相同2°控制干擾，此種設(shè)計僅實施方案時=〉遵循三原則。(1)確定應(yīng)控干擾及其控制方法(2)設(shè)置區(qū)組，不設(shè)不行，松軟不均，影響耕深。(3)最低重復(fù)試驗==區(qū)組設(shè)計個數(shù)（2個），不重復(fù)無區(qū)組而言。第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月松軟

堅硬區(qū)組1區(qū)組2A1+2+3+4+1+2+3+413+42B+3+2+1413+42C24+31A：設(shè)區(qū)組、有重復(fù)，不隨機化不行，換七次犁鏵，沒有清除土壤軟硬影響。B：完全隨機化，換四次，土壤影響在一定程度上消除。C：在完全隨機化基礎(chǔ)上調(diào)整（部分隨機）換二次（松軟均勻）。（4）隨機化：第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月4、結(jié)果分析R法，只需將重復(fù)試驗的指標值都列上，取其平均值即可。5、優(yōu)缺點優(yōu)點：不影響方案設(shè)計，結(jié)果分析簡單。缺點：a（試驗號數(shù)）小，限制廣泛應(yīng)用。第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月三、不完全區(qū)組設(shè)計1、概念：一個區(qū)組只能容納正交表所列的一部分組合處理的區(qū)組設(shè)計。2、特點：

試驗號可多，不受限制；區(qū)組內(nèi)試驗量受限

2-4，一般不超過6，且各

區(qū)組試驗號相等；重復(fù)一次，即為所有區(qū)組的一次重復(fù)；區(qū)組設(shè)計與方案設(shè)計有關(guān)，控制單向干擾需占

正交表一列，該列稱區(qū)組列或干擾列，使λ增

大。干擾當作因素看待，占一列，有所得，必

有所失；試驗數(shù)據(jù)需要修正。第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3、方法與步驟1°方案設(shè)計(1)考察并確定應(yīng)控干擾G（土壤軟硬不均）(3)表頭設(shè)計：將G作為因素看待，且與其它因素無交互作用。

(2)選表：C’=C因+C交+C干=3+0+1=4〉L9(34)575第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)編制方案A、B、C試驗因素組合不變,G控制－－實施路線

第33頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2°控制干擾遵守三原則[1]設(shè)置區(qū)組a.區(qū)組數(shù)等于區(qū)組列的水平數(shù)N=b區(qū)；每個區(qū)組內(nèi)的組合處理數(shù)等于試驗號除以區(qū)組列的水平

a區(qū)=a/b區(qū)。b.區(qū)組內(nèi)試驗組合的具體劃分將區(qū)組當成一個因素看待，以同一水平所有各號試驗為一區(qū)組，不同水平即為不同區(qū)組。I：1，5，9；II：2，6，7；III：3，4，8第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月[2]重復(fù)試驗兩次，即做6個區(qū)組，每重復(fù)一次即重復(fù)3個區(qū)組。[3]隨機化措施試驗號順序區(qū)組號順序重復(fù)試驗松軟堅硬I：1，5，9II：2，6，7III：3，4，817次12次第35頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月[2]計算各區(qū)組對應(yīng)指標均值I：1，5，9II：2，6，7III：3，4，83°結(jié)果分析[1]總平均值23.1322.4320.232.9第36頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月[3]計算區(qū)組效應(yīng)23.1322.4320.232.9第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月[4]計算試驗指標校正值[5]以y′進行結(jié)果分析23.1322.4320.232.9第38頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)兩向干擾設(shè)計一、兩向干擾1、概念：同時存在兩種必須控制的干擾①試驗的時間、空間、人員、儀器和設(shè)備等產(chǎn)生的干擾中同時有二個需要控制。②在試驗的空間中兩個方向的較大差異，如地塊兩個方向土質(zhì)不均，有兩向干擾。③實際上，一項試驗中可能同時有多種干擾存在。2、控制方法①利用正交表等水平不等水平②拉丁方、堯登方第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、利用正交表控制兩向干擾1、特點1°a（試驗號）不受限制； 2°需占正交表2列：G1、G2；3°兩向控制皆是不完全區(qū)組設(shè)計，兩向區(qū)組數(shù)等，等水平 不等，不等水平4°列出兩向干擾控制表；5°yi應(yīng)進行兩向校正。第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、方法步驟（與單向不完全區(qū)組設(shè)計類似）在非路面條件下進行某越野汽車的通過性試驗，重點考察輪胎的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，試驗因素及其水平如下表，交互作用均可忽略，試驗指標為滑轉(zhuǎn)率。1°考察并確定應(yīng)控干擾G1----節(jié)省時間，同時試驗，兩臺車，兩組人員，儀器和試驗操作人員有差異，可能造成試驗條件的較大差異，而形成干擾；G2----室外試驗，考驗試驗場地發(fā)現(xiàn)，各處堅實度有差異，試驗場地的不同，堅實度會形成試驗干擾。第42頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2°方案設(shè)計①選表②表頭設(shè)計a、先因素（包括交互作用）后干擾。b、排干擾時盡量考慮使水平更換困難的因素，以減少水平更換次數(shù)。本例A、D（即胎紋、胎寬）難換，更換輪胎困難。第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ1 3 ＋68Ⅱ 2 4 ＋5 7Ⅰ 1＋4＋5 ＋8Ⅱ2＋3＋6 ＋7G1車G2地5列6列G1第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月③編制方案G1、G2不影響A、B、C、D四項組合，實施過程中有影響，影響實施路線。3°列干擾控制表①控制表：正交表G1、G2列各水平的不同組合所對應(yīng)的試驗號，并分別放在G1、G2組成的二元搭配表中相應(yīng)位置上，此表是控制兩向干擾時進行試驗的具體依據(jù)，直觀形象，便于實施和控制，也便于對試驗指標進行兩向矯正。第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月②⑦③⑥Ⅱ

⑤①⑧ⅠG2（地）ⅡⅠ

（車）G1（車）G1G2Ⅰ13＋68Ⅱ24＋57＋＋第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.53.14.96.1Ⅱ3.64.2Ⅰ

G2（地）ⅡⅠ

G1（車）G1G22.03.84°試驗結(jié)果分析在兩向控制表上，對試驗指標值進行兩向矯正，即先清除兩向干擾的影響。①第47頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月12.43.116.84.215.63.91.53.14.96.1Ⅱ13.63.43.64.2ⅠG2(地)ⅡⅠG1（車）G1G22.03.8②G1(車)第一區(qū)組對應(yīng)y指標和及均值G2（地）第一區(qū)組對應(yīng)y指標和及均值

④⑤①⑧③⑥②⑦第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月12.43.116.84.215.63.91.53.14.96.1Ⅱ13.63.43.64.2ⅠG2（地）ⅡⅠG1（車）G1G22.03.8③各區(qū)組的效應(yīng)，

各區(qū)組對應(yīng)試驗指標平均值與總平均值的差值0.55-0.55-0.250.25第49頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月12.43.116.84.215.63.91.53.14.96.1Ⅱ13.63.43.64.2Ⅰ

G2（地）Ⅱ

Ⅰ

G1（車）G1G22.03.80.55-0.55-0.250.25④矯正指標：將試驗指標實測值減去干擾G1和G2分別對應(yīng)的區(qū)組效應(yīng)，和1.73.54.45.04.15.31.83.4⑤第50頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月3.653.6503.653.650第51頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月二、利用拉丁方控制兩向干擾1、概念1°拉丁方：用拉丁字母排列的具有一定性質(zhì)的方陣12211232313122°拉丁方性質(zhì)①正交性，行列都有；②行列調(diào)換不改變正交性質(zhì)；③最多安排個試驗點。第52頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2、設(shè)計特點：區(qū)組設(shè)計

a小，一般為2-4；可直接用行、列控制兩向干擾，不需要另列控制干擾表；兩向皆為完全區(qū)組設(shè)計，且兩向區(qū)組數(shù)相等；不進行指標矯正，同一號試驗多次重復(fù)結(jié)果的平均值即其矯正。3、方法步驟第53頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月例：對三種合金犁鏵進行耐磨壽命試驗（高鉻鑄鐵）321

因素水平1232313121°考察并確定干擾G1：土壤差異 列G2：鏵片位置 行(高鉬鑄鐵)（鉬釩鑄鐵）犁鏵材質(zhì)第54頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月531

17763186

62

-52309

103-113601206（2）

215（1）

60（3）

85Ⅲ3421140（1）

172（3）

56（2）

114Ⅱ324108-6（3）

144（2）

70（1）

110ⅠG2鏵別ⅢⅡⅠG1（犁別）G1G2不矯正，直接用同一號試驗所