正交实验设计的基本方法二化工课件.ppt

1、.回顾：回顾：n为了提高某化工产品的转化率，试验者选为了提高某化工产品的转化率，试验者选择了择了3个有关的因素：反应温度个有关的因素：反应温度A，反应，反应时间时间B，用碱量，用碱量C，并且选择如下的试验，并且选择如下的试验范围：范围：A：8090；B：90150min；C：57%。n要求确定最佳工艺条件（即转化率达到最要求确定最佳工艺条件（即转化率达到最高时的反应条件）。高时的反应条件）。.1、明确实验目的，确定评价指标、明确实验目的，确定评价指标n根据工程实践明确本次实验要解决的问根据工程实践明确本次实验要解决的问题，同时，要结合工程实际选用能定量题，同时，要结合工程实际选用能定量或定性表

2、达的突出指标做为实验分析的或定性表达的突出指标做为实验分析的评价指标。评价指标。n指标可能有一个，也可能有几指标可能有一个，也可能有几个。.2、挑选因素、挑选因素n影响实验成果的因素很多，由于条件限影响实验成果的因素很多，由于条件限制，不可能逐一或全面地加以研究，因制，不可能逐一或全面地加以研究，因此要根据已有专业知识及有关文献资料此要根据已有专业知识及有关文献资料和实际情况，固定一些因素于最佳条件和实际情况，固定一些因素于最佳条件下，排除一些次要因素，而挑选一些主下，排除一些次要因素，而挑选一些主要因素。要因素。.3、确立各因素的水平、确立各因素的水平n因素的水平分为定性与定量两种，水平因素

3、的水平分为定性与定量两种，水平的确定包括两个含义，即水平个数的确的确定包括两个含义，即水平个数的确定和各个水平的数量确定。定和各个水平的数量确定。1.定性因素：要根据实验具体内容，赋定性因素：要根据实验具体内容，赋予该因素每个水平以具体含义，如药予该因素每个水平以具体含义，如药剂种类，操作方式或药剂投加次序等。剂种类，操作方式或药剂投加次序等。.4、制定因素水平表、制定因素水平表 因素因素水平水平反应温度反应温度A（）反应时间反应时间B（min）用碱量用碱量C（%）18090528512063901507.5、选择合适的正交表、选择合适的正交表n考察因素及水平的多少；考察因素及水平的多少；n实

4、验工作量的大小及允许条件；实验工作量的大小及允许条件；n有无重点因素要加以详细的考察。有无重点因素要加以详细的考察。常用的正交表有几十个，可以灵活选择，常用的正交表有几十个，可以灵活选择，但应综合考虑以下三方面的情况：但应综合考虑以下三方面的情况：.选用正交表选用正交表 L9（34）列列 号号实验号实验号1234111112122231333421235223162312731328321393321.6、确定实验方案、确定实验方案.7、安排实验、安排实验n实验按照正交表中每横行规定的条件，即可实验按照正交表中每横行规定的条件，即可进行试验。进行试验时，应注意以下问题：进行试验。进行试验时，应

5、注意以下问题：n必须严格按照规定的方案完成每一号试验，因必须严格按照规定的方案完成每一号试验，因为每一号试验都从不同角度提供有用信息；为每一号试验都从不同角度提供有用信息；n试验进行的次序没有必要完全按照正交表上的试验进行的次序没有必要完全按照正交表上的试验号的顺序，可按照抽签方法随机决定试验试验号的顺序，可按照抽签方法随机决定试验进行的顺序；进行的顺序；n做试验时，试验条件的控制力求做到十分严格，做试验时，试验条件的控制力求做到十分严格，尤其在水平值差别不大时。尤其在水平值差别不大时。.8、正交实验结果、填写评价指标、正交实验结果、填写评价指标.9、计算各列的各水平效应值和极差值、计算各列的

6、各水平效应值和极差值.10、画水平影响趋势图、画水平影响趋势图.11、分析、分析n温度越高，转化率越高，以温度越高，转化率越高，以90为最好，为最好，还应进一步探索温度更高的情况；还应进一步探索温度更高的情况；n反应时间以反应时间以120分转化率最高；分转化率最高；n用碱量以用碱量以6转化率最高。转化率最高。综合起来以综合起来以A3B2C2最好。最好。.12、追加试验、追加试验n追加试验方法：追加试验方法：在在A3B2C2下作几次试验，看看下作几次试验，看看平均转化率是否高于已作试验的平均转化率是否高于已作试验的9次试验次试验n实验结果表明：实验结果表明：追加试验追加试验A3B2C2的平均转化

7、率的平均转化率为为74，显著高于前面，显著高于前面9次试验最好的结果次试验最好的结果64n注意：注意：由于温度的增加，显著地使转化率增加，由于温度的增加，显著地使转化率增加，追加试验应考虑温度大于追加试验应考虑温度大于90的情形的情形.小结：正交设计的基本方法小结：正交设计的基本方法n明确实验目的，确定评价指标明确实验目的，确定评价指标n挑因素、选水平挑因素、选水平n制定因素水平表制定因素水平表n选择合适的正交表选择合适的正交表n确定实验方案、安排实验、填写评价指标确定实验方案、安排实验、填写评价指标n计算各列的各水平效应值和极差值计算各列的各水平效应值和极差值n分析结果、画水平影响趋势图分析

8、结果、画水平影响趋势图n得出结论、追加试验得出结论、追加试验.课堂练习课堂练习n为提高某物质的转化率，选择了三种因素，因素水平表如下：为提高某物质的转化率，选择了三种因素，因素水平表如下：实验结果：转化率（）依次是实验结果：转化率（）依次是51，71，58，82，69，59，77，85，84。分析结果，求最好生产条件。分析结果，求最好生产条件。.引言：引言：多指标正交实验设计多指标正交实验设计n在实际生产和科学试验中，整个试验结果的在实际生产和科学试验中，整个试验结果的好坏往往不是一个指标能全面评判的，所以好坏往往不是一个指标能全面评判的，所以多指标的试验设计是一类很常见的方法。多指标的试验设

9、计是一类很常见的方法。n由于在多指标试验中，不同指标的重要程度由于在多指标试验中，不同指标的重要程度常常是不一致的，各因素对不同指标的影响常常是不一致的，各因素对不同指标的影响程度也不完全相同，所以多指标试验的结果程度也不完全相同，所以多指标试验的结果分析比较复杂一些。分析比较复杂一些。.四、多指标的正交实验四、多指标的正交实验指标拆开单个处理综合分析法指标拆开单个处理综合分析法综合平衡法综合平衡法综合评分法综合评分法.1、综合平衡法、综合平衡法n综合平衡法是，先对每个指标分别进行综合平衡法是，先对每个指标分别进行单指标的直观分析，得到每个指标的影单指标的直观分析，得到每个指标的影响因素主次顺

10、序和最佳水平组合，然后响因素主次顺序和最佳水平组合，然后根据理论知识和实际经验，对各指标的根据理论知识和实际经验，对各指标的分析结果进行综合比较和分析，得出较分析结果进行综合比较和分析，得出较优方案。优方案。n下面通过一个例子来说明这种方法。下面通过一个例子来说明这种方法。.示例示例n在用乙醇溶液提取葛根中有效成分的试验中，为了提高葛根中有效成分的提取期探索性试验，决定选取3个相对重要的因素，乙醇浓度、液固比（乙醇溶液与葛根质量之比）和提取剂回流次数进行正交试验，因素水平表如下：.试验方案及实验结果试验方案及实验结果.综合平衡分析依据的原则：综合平衡分析依据的原则：n对于某个因素，可能对某个指

11、标是主要因素，但对另外的对于某个因素，可能对某个指标是主要因素，但对另外的指标则可能是次要因素，那么在确定该因素的优水平时，指标则可能是次要因素，那么在确定该因素的优水平时，应首先选取作为应首先选取作为主要因素时的优水平主要因素时的优水平；n若某因素对各指标的影响程度相差不大，这时可按若某因素对各指标的影响程度相差不大，这时可按“少数少数服从多数服从多数”的原则，选取出现次数较多的优水平；的原则，选取出现次数较多的优水平；n当因素各水平相差不大时，可依据当因素各水平相差不大时，可依据降低消耗、提高效率降低消耗、提高效率的的原则选取合适的水平；原则选取合适的水平；n若各试验指标的重要程度不同，则

12、在确定因素优水平时应若各试验指标的重要程度不同，则在确定因素优水平时应首先满足首先满足相对重要的指标相对重要的指标。n在具体运用这几条原则时，仅仅根据其中的一条可能确定不了优在具体运用这几条原则时，仅仅根据其中的一条可能确定不了优水平，所以应将几条综合在一起分析。水平，所以应将几条综合在一起分析。.2、综合评分法综合评分法n多指标正交实验直观分析除了上述方多指标正交实验直观分析除了上述方法外，多根据问题性质采用综合评分法外，多根据问题性质采用综合评分法，将多指标化为单指标而后分析因法，将多指标化为单指标而后分析因素主次和各因素的较佳状态。素主次和各因素的较佳状态。.综合评分法示例综合评分法示例

13、n某厂生产一种化工产品，需要检验两个指标：核酸纯度某厂生产一种化工产品，需要检验两个指标：核酸纯度和回收率，这两个指标都是越大越好。因素水平表如下和回收率，这两个指标都是越大越好。因素水平表如下所示。试通过试验分析找出较好方案，使产品的核酸含所示。试通过试验分析找出较好方案，使产品的核酸含量和回收率都有提高。量和回收率都有提高。.指标叠加法指标叠加法n所谓指标叠加法，就是将多指标按照某种所谓指标叠加法，就是将多指标按照某种计算公式进行叠加，将多指标化为单指标，计算公式进行叠加，将多指标化为单指标，而后进行正交实验直观分析。而后进行正交实验直观分析。.五、水平数目不等的正交试验五、水平数目不等的

14、正交试验利用规范化的混合水平正交表利用规范化的混合水平正交表采用拟水平法采用拟水平法.回顾：正交表的类型回顾：正交表的类型n同水平正交表：同水平正交表：即各因素水平数相等的表格；即各因素水平数相等的表格；n混合水平正交表：混合水平正交表：即各因素水平数不相等的表格。即各因素水平数不相等的表格。.1、混合水平表安排不等水平试验、混合水平表安排不等水平试验n为了探索缝纫机胶压板的制造工艺，选为了探索缝纫机胶压板的制造工艺，选了如下的因素和水平：了如下的因素和水平：.2、采用拟水平法安排不等水平试验采用拟水平法安排不等水平试验.试验结果及分析试验结果及分析.六、其他类型的正交实验设计六、其他类型的正交实验设计n活动水平法活动水平法n复合因素法复合因素法n有交互作用的正交试验有交互作用的正交试验n回归正交试验回归正交试验.本章主要学习内容本章主要学习内容n单因素优化实验设计：单因素优化实验设计：均分法和对分法、均分法和对分法、0.618法法n多因素优化实验设计：多因素优化实验设计：正交实验设计正交实验设计n正交设计的基本原理正交设计的基本原理n正交设计的基本方法及直观分析正交设计的基本方法及直观分析n多指标的正交实验及直观分析多指标的正交实验及直观分析n水平数目不等的正交试验水平数目不等的正交试验.本章学习完毕本章学习完毕，谢谢！谢谢！.