實驗設計與數(shù)據(jù)處理

實驗設計與數(shù)據(jù)處理課程的性質：實驗設計與數(shù)據(jù)處理方法是一門通用技術，是當代科技和工程技術人員必須掌握的方法討論實驗工作的設計方法、分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理、分析化學質量控制方法，以及誤差理論等課程的任務：熟悉并掌握近代最常用、最有效的幾種優(yōu)化試驗設計方法的基本原理及其應用。熟練掌握并應用幾種常見的數(shù)據(jù)處理方法什么是實驗設計（Designofexperiments,DOE）？也稱試驗設計，是把數(shù)學上優(yōu)化理論、技術應用于試驗設計中，科學的安排試驗、處理試驗結果的方法，以達到最好的實驗效果。實驗設計是實驗過程的依據(jù)，是實驗數(shù)據(jù)處理的前提，也是提高科研成果質量的一個重要保證一個科學而完善的實驗設計，能夠合理地安排各種實驗因素，嚴格控制實驗誤差，有效分析實驗數(shù)據(jù)，從而用到較少人力、物力和時間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料目的：為了揭示尚未完全認識的事物，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生與發(fā)展的規(guī)律，以完成工程或科研任務，具有很強的探索性。又稱為探索性實驗。要求：1.實驗目的明確2.編寫切實可行的實驗大綱3.準確的實驗操作過程及實施步驟4.實驗報告實驗設計與數(shù)據(jù)處理并不是兩件相互獨立的事情，往往是互為條件的，即數(shù)據(jù)處理的方法在一定程度上要求相應的實驗設計內容，反過來，試驗設計又在一定程度上要求采用相應的數(shù)據(jù)處理方法。因此，一項好的實驗應包括以下四個過程：

1．根據(jù)數(shù)據(jù)處理（分析）的方法確定試驗設計方法；2．試驗設計：依靠專業(yè)知識和經(jīng)驗，根據(jù)試驗的目的，確定所要考察的因素及其變動范圍，然后，制定出合理的具體試驗方案；3．試驗方案的實施：根據(jù)具體的試驗方案，進行試驗，取得必要的數(shù)據(jù)結果；4．試驗結果的分析：對試驗結果的數(shù)據(jù)進行分析，判定因素的主次和因素的最佳水平，即確定最優(yōu)方案。實驗設計的歷史進程1925年，由于農業(yè)試驗的需要,英國的費歇爾最早提出“實驗設計”的概念；1935年出版了《TheDesignofExperiments》，在試驗設計和統(tǒng)計分析方面做出了一系列先驅工作，從此實驗設計成為統(tǒng)計科學的一個分支30年代到40年代,英國、美國以及前蘇聯(lián)等國家都對此進行了研究，并把這種方法逐步推廣到工業(yè)生產領域中，在采礦、冶金、建筑、紡織、機械、醫(yī)藥等行業(yè)都有所應用，第二次世界大戰(zhàn)期間，英國、美國采用這種方法在工業(yè)生產中取得了顯著效果?！鲭S后，F(xiàn).Yates,R.C.Bose,O.Kempthome,W.G.Cochran,D.R.Cox和G.E.P.Box對實驗設計都作出了杰出的貢獻，使該分支在理論上日趨完善，在應用上日趨廣泛?！?952年，日本統(tǒng)計學家田口玄一創(chuàng)造了正交實驗設計方法，在方法解說方面深入淺出為實驗設計的更廣泛使用作出了眾所周知的貢獻。我國實驗設計的發(fā)展

■60末期代，華羅庚教授在我國倡導與普及的“優(yōu)選法”，如黃金分割法、分數(shù)法和斐波那契數(shù)列法等。■數(shù)理統(tǒng)計學者在工業(yè)部門中普及“正交設計”法?！?0年代中期，優(yōu)選法在全國各行各業(yè)取得明顯成效。

■1978年，七機部由于導彈設計的要求，提出了一個五因素的試驗，希望每個因素的水平數(shù)要多于10，而試驗總數(shù)又不超過50，顯然優(yōu)選法和正交設計都不能用，隨后，方開泰教授（中國科學院應用數(shù)學研究所）和王元院士提出“均勻設計”法，這一方法在導彈設計中取得了成效。實驗設計的宗旨1.最大限度地提高實驗效率盡量減少實驗總次數(shù)，縮短實驗周期，節(jié)約資源消耗，解決干擾問題，達到全面客觀分析地目的。2.最大限度地提高實驗精度實驗精度是指實驗結論的可靠性，即實驗結論的可信程度。途徑：a正確選擇測量裝置b運用誤差理論加以控制實驗設計地重要性“實驗設計與數(shù)據(jù)處理”課程是關于科學實驗中實驗前的實驗設計的理論、知識、方法、技能，以及實驗后獲得了實驗結果，對實驗數(shù)據(jù)進行科學處理的理論、知識、方法與技能的課程。如何科學的設計實驗，對實驗所觀測的數(shù)據(jù)進行分析和處理，獲得研究觀測對象的變化規(guī)律，達到各種實用的目的是每個需要進行實驗的人員需要解決的問題。實驗設計在工業(yè)生產和工程設計及科學研究中能發(fā)揮重要的作用，例如：

■提高產量■減少質量的波動，提高產品質量水準■大大縮短新產品試驗周期■降低成本 ■延長產品壽命多用在化工、電子、材料、建工、建材、石油、冶金、機械、交通、電力……實驗研究的特點（1）能有效地控制誤差，節(jié)省人、財、物力，提高效率。

（2）研究者能人為地設置處理因素。

（3）受試對象接受何種處理及處理因素的水平是隨機分配的。實驗設計的基本要素處理因素受試對象實驗效應1.對照原則：空白對照，標準對照、實驗對照、自身對照和歷史對照2.重復原則：即研究對象要有一定的數(shù)量，或者說樣本含量應足夠。

3.隨機化原則:即應保證每個實驗對象都有同等機會進入實驗或接受某種處理。

4.區(qū)組原則:即各處理組非實驗因素的條件基本一致，以消除其影響。實驗設計的基本原則化工實驗的類型一、物理或物理化學研究二、產品、原料等的常規(guī)分析系統(tǒng)誤差三、材料實驗隨機誤差四、化工過程的實驗室研究五、化工廠操作和生產過程的控制、研究1誤差和數(shù)據(jù)處理2有限數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理3方差分析4回歸分析5正交實驗設計6均勻設計7序貫設計8回歸設計教授內容：參考書何少華，文竹青，婁濤編著。試驗設計與數(shù)據(jù)處理。長沙：國防科技大學出版社，2002田勝元，蕭日榮編著.實驗設計與數(shù)據(jù)處理。中國建筑工業(yè)出