1、第八章第八章 实验设计基础与抽样方法实验设计基础与抽样方法1 1 试验设计概述试验设计概述1.1 1.1 试验设计的意义和任务试验设计的意义和任务 试验设计是数理统计学的一个重要分支试验设计是数理统计学的一个重要分支，是进行科学研究的重要工具。，是进行科学研究的重要工具。试验研究可分为试验研究可分为试验设计、试验实施、试验设计、试验实施、收集资料、整理资料和分析资料收集资料、整理资料和分析资料等步骤。等步骤。试验设计试验设计:是指整个研究课题的设计是指整个研究课题的设计，包括，包括:课题的确定课题的确定 试验方案的拟定试验方案的拟定 试验材料的选择和分组试验材料的选择和分组 资料收集资料收集
2、统计分析方法统计分析方法 狭义的试验设计：是指重复数的确定、对试验狭义的试验设计：是指重复数的确定、对试验材料的选择与分组。就是研究安排试验并对结果进材料的选择与分组。就是研究安排试验并对结果进行统计分析的一门学问。行统计分析的一门学问。试验设计的任务试验设计的任务 研究工作之前，合理地安排试验；研究工作之前，合理地安排试验；有效地控制试验误差干扰；有效地控制试验误差干扰；力求用较少的人力、物力、财力和时间，最大限力求用较少的人力、物力、财力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料；度地获得丰富而可靠的资料；充分利用和科学分析获取的试验信息；充分利用和科学分析获取的试验信息；能明确回答研究项目所
3、提出的问题和尽快获得最能明确回答研究项目所提出的问题和尽快获得最优方案。优方案。1.2 1.2 试验设计的作用试验设计的作用 可以分清试验因素对试验指标影响的大小顺序，找可以分清试验因素对试验指标影响的大小顺序，找出主要因素，抓住主要矛盾。出主要因素，抓住主要矛盾。了解试验因素对试验指标影响的规律性。了解试验因素对试验指标影响的规律性。了解试验因素之间相互影响的情况。了解试验因素之间相互影响的情况。可较快地找出最优生产条件和工艺条件，确定最优可较快地找出最优生产条件和工艺条件，确定最优方案，预估或控制一定条件下的试验指标值及其波动方案，预估或控制一定条件下的试验指标值及其波动范围。范围。正确估
4、计、有效控制和降低试验误差，提高试验的正确估计、有效控制和降低试验误差，提高试验的精度。精度。对试验结果分析，明确进一步研究的方向。对试验结果分析，明确进一步研究的方向。1.3 1.3 试验设计方法的主要内容试验设计方法的主要内容 完全随机设计完全随机设计 随机区组设计随机区组设计 正交试验设计正交试验设计 均匀设计均匀设计 回归正交设计回归正交设计 回归正交旋转设计等回归正交旋转设计等 2 2 基本概念基本概念2.1 2.1 试验指标试验指标 在试验设计中，选定的用来衡量或考核在试验设计中，选定的用来衡量或考核试验效果的质量特性称为试验指标。试验效果的质量特性称为试验指标。定量指标和定性指标
5、定量指标和定性指标 单指标试验和多指标试验单指标试验和多指标试验2.2 2.2 试验因素试验因素 试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因或要素，都称为因素，也称因子。要素，都称为因素，也称因子。试验中所研究的影响试验指标的因素称为试验中所研究的影响试验指标的因素称为试验试验因素因素，通常用大写字母，通常用大写字母A A，B B，C C”表示。表示。把除试验因素外其他所有对试验指标有影响的把除试验因素外其他所有对试验指标有影响的因素称为因素称为条件因素条件因素，又称试验条件。，又称试验条件。单因素试验、双因素试验、多因素试验单因素试验、双因素试验、多因素试
6、验2.3 2.3 因素水平因素水平 试验因素所处的各种状态称为因素水平，简称试验因素所处的各种状态称为因素水平，简称水平。水平。在试验设计中，在试验设计中，1 1个因素选几个水平，就称该个因素选几个水平，就称该因素为几个水平因素。因素为几个水平因素。各因素不同水平用表示因素的字母加足标各因素不同水平用表示因素的字母加足标1 1，2 2，3 3，的方法来表示。的方法来表示。如如A A1 1，A A2 2 ；B B1 1、B B2 2、B B3 3表表示。因素的水平表表示。因素的水平，有的可用具体数值表示，如，有的可用具体数值表示，如1010、2020、3030；4kg4kg、5kg5kg、kg6
7、kg6。2.4 2.4 试验处理试验处理 试验处理试验处理，是指事先设计好的实施在试验，是指事先设计好的实施在试验单位上的一种具体措施。单位上的一种具体措施。在单因素试验中，试验的在单因素试验中，试验的1 1个水平就是个水平就是1 1个处个处理。理。在多因素试验中，由于因素和水平较多，可在多因素试验中，由于因素和水平较多，可以形成若干个水平组合，以形成若干个水平组合，每个水平组合就是每个水平组合就是1 1个个处理处理2.5 2.5 试验单位试验单位 在试验中能接受不同试验处理的试验载体叫在试验中能接受不同试验处理的试验载体叫做试验单位（试验单元）。做试验单位（试验单元）。2.6 2.6 重复重
8、复 在在1 1个试验中，将个试验中，将1 1个处理实施在个处理实施在2 2个或个或2 2个以个以上的试验单位上称为重复。上的试验单位上称为重复。1 1个处理实施的试验单位数称为处理的重复数个处理实施的试验单位数称为处理的重复数，或者说某个水平组合重复，或者说某个水平组合重复n n次试验，这个处理的次试验，这个处理的重复数就是重复数。重复数就是重复数。2.7 2.7 全面试验全面试验 对所选取的试验因素的所有水平组合全部实施对所选取的试验因素的所有水平组合全部实施1 1次以上的试验称次以上的试验称全面试验全面试验。如如3 3因素试验，每个因素取因素试验，每个因素取3 3个水平时，有个水平时，有2
9、727种种试验处理；试验处理；倘若是倘若是4 4因素试验，每因素取因素试验，每因素取4 4个水平，则有个水平，则有4 44 4=256=256种试验处理，这在实践中是做不到的。因此种试验处理，这在实践中是做不到的。因此，全面试验是有局限性的，全面试验是有局限性的，它只适用于因素和水平它只适用于因素和水平数目均不太多的试验。数目均不太多的试验。2.8 2.8 部分实施部分实施 部分实施也叫部分试验，从全部试验处理中部分实施也叫部分试验，从全部试验处理中选取部分有代表性的处理进行试验，如正交试验选取部分有代表性的处理进行试验，如正交试验设计和均匀设计都是部分实施。设计和均匀设计都是部分实施。部分实
10、施可使试验规模大为缩小。如一个部分实施可使试验规模大为缩小。如一个4 4因因素素5 5水平试验，全面试验至少需进行水平试验，全面试验至少需进行625625次试验，次试验，而用均匀设计表安排试验，仅需而用均匀设计表安排试验，仅需5 5次试验。次试验。3 3 食品试验研究的主要内容食品试验研究的主要内容 为了试制新产品，改革旧工艺，降低物料消耗为了试制新产品，改革旧工艺，降低物料消耗，不断提高产品质量，往往需要进行大量的试验。，不断提高产品质量，往往需要进行大量的试验。试验最终都是为了找出在某种条件下最合理的试验最终都是为了找出在某种条件下最合理的工艺条件或设计参数，从而达到提高产品质量或工工艺条
11、件或设计参数，从而达到提高产品质量或工程质量的目的。程质量的目的。3.1 3.1 食品的线性质量研究和非线性质量研究食品的线性质量研究和非线性质量研究 线性质量研究线性质量研究:是指食品制造过程中的质量研究是指食品制造过程中的质量研究方法，线性质量研究方法是通过对生产工序的合理诊方法，线性质量研究方法是通过对生产工序的合理诊断、调节、改善与检查，使生产工序的质量达到效果断、调节、改善与检查，使生产工序的质量达到效果好、费用低的目的。好、费用低的目的。非线性质量研究非线性质量研究:方法的重点是在食品开发过方法的重点是在食品开发过程中紧密地把专业知识和统计分析结合起来，在保程中紧密地把专业知识和统
12、计分析结合起来，在保证达到食品质量特性的前提下，充分利用各种设计证达到食品质量特性的前提下，充分利用各种设计参数与食品特性的非线性关系，通过系统设计、参参数与食品特性的非线性关系，通过系统设计、参数设计和允许误差设计的三段优化设计方法，从设数设计和允许误差设计的三段优化设计方法，从设计上控制食品的输出特性和质量波动或出于经济考计上控制食品的输出特性和质量波动或出于经济考虑，在不压缩原材料质量波动的情况下，仍然保证虑，在不压缩原材料质量波动的情况下，仍然保证食品特性的一种稳定性优化设计方法。食品特性的一种稳定性优化设计方法。3.2 3.2 食品质量研究的几个阶段食品质量研究的几个阶段 食品质量研
13、究大体可分为以下几个阶段：食品质量研究大体可分为以下几个阶段：a.a.食品规划阶段食品规划阶段 根据市场的需要决定食品的功能和价格根据市场的需要决定食品的功能和价格b.b.食品设计阶段食品设计阶段 可分为可分为3 3个步骤：个步骤：系统设计系统设计:决定食品的结构和材料。决定食品的结构和材料。参数设计参数设计:找出食品最佳性状的工艺条件和参数组合找出食品最佳性状的工艺条件和参数组合。允许误差设计允许误差设计:决定食品质量的适当的公差范围。决定食品质量的适当的公差范围。c.c.工艺设计阶段工艺设计阶段 由工艺人员决定采用何种原料、何种加工设备、由工艺人员决定采用何种原料、何种加工设备、怎样的加工
14、工序等怎样的加工工序等.d.d.生产制造阶段生产制造阶段 主要是对生产现场进行及时的动态管理，包括工主要是对生产现场进行及时的动态管理，包括工序的诊断、调节及改善食品的检查设计。序的诊断、调节及改善食品的检查设计。e.e.食品的销售阶段食品的销售阶段 主要是搞好市场销售服务及市场信息的收集、主要是搞好市场销售服务及市场信息的收集、调查和分析。调查和分析。3.3 3.3 系统设计、参数设计和允许误差设计系统设计、参数设计和允许误差设计a.a.系统设计系统设计 系统设计又称传统设计，是依靠专业技术进行系统设计又称传统设计，是依靠专业技术进行的设计。的设计。例如要开发设计某种食品，根据食品的质量要例
15、如要开发设计某种食品，根据食品的质量要求，对于原料、包装、加工工艺等的选择都是由专求，对于原料、包装、加工工艺等的选择都是由专业技术人员决定的。系统设计的质量完全取决于专业技术人员决定的。系统设计的质量完全取决于专业技术人员的技术水平高低。业技术人员的技术水平高低。b.b.参数设计参数设计 参数设计是一种非线性设计，它是在系统设参数设计是一种非线性设计，它是在系统设计的基础上，正交回归试验、均匀试验和混料试计的基础上，正交回归试验、均匀试验和混料试验以及与其配套的统计分析方法来研究各种参数验以及与其配套的统计分析方法来研究各种参数组合与食品质量特性的非线性关系，以便找出特组合与食品质量特性的非
16、线性关系，以便找出特性波动最小的最佳参数组合。所以又称为参数组性波动最小的最佳参数组合。所以又称为参数组合的中心值设计。合的中心值设计。c允许误差设计允许误差设计 就是通过研究多种允许误差就是通过研究多种允许误差(包括产品与原材料包括产品与原材料两方面的允许误差两方面的允许误差)范围与质量研究费用的关系进而范围与质量研究费用的关系进而对食品质量和成本进行综合平衡。对食品质量和成本进行综合平衡。4 4 食品试验的基本要求和注意事项食品试验的基本要求和注意事项4.14.1基本要求基本要求a.a.要用系统工程思想指导试验研究要用系统工程思想指导试验研究 所谓系统，就是一系列互有关联的事物。把事物作为
17、所谓系统，就是一系列互有关联的事物。把事物作为一个系统的组成部分来看，就是系统思想。一个系统的组成部分来看，就是系统思想。按系统思想来分析事物，利用适当的数学模型来表达按系统思想来分析事物，利用适当的数学模型来表达系统内部、系统与环境、系统与系统之间定性定量的关系系统内部、系统与环境、系统与系统之间定性定量的关系，并求出最佳方案，就是所谓系统分析。，并求出最佳方案，就是所谓系统分析。将系统分析所得到的结论付诸实施就是系统工程学。将系统分析所得到的结论付诸实施就是系统工程学。b.b.要注重试验研究的效度要注重试验研究的效度 试验的结果能反映所考察的因素与试验指标间真试验的结果能反映所考察的因素与
18、试验指标间真实关系的程度称为试验的效度。试验的效度可以从两实关系的程度称为试验的效度。试验的效度可以从两方面看：方面看：一是内在效度，一是内在效度，指试验是否真的引起显著性差异指试验是否真的引起显著性差异，也就是要强调试验的重演性。内在效度高、重演性，也就是要强调试验的重演性。内在效度高、重演性就好。它可以通过试验设计而得到提高；就好。它可以通过试验设计而得到提高；二是外在效度，二是外在效度，指试验的结果能推广到什么范围指试验的结果能推广到什么范围，亦即强调试验的代表性问题。试验成果推广范围越，亦即强调试验的代表性问题。试验成果推广范围越广，其代表性就越强。广，其代表性就越强。c.要认真实施试
19、验研究的全过程要认真实施试验研究的全过程 试验的过程实际上可归结为设计、试验、检查、试验的过程实际上可归结为设计、试验、检查、处理处理4 4个阶段。个阶段。在试验的设计阶段要明确试验的目的性，研究设在试验的设计阶段要明确试验的目的性，研究设计的周密性与科学性。要具体回答好计的周密性与科学性。要具体回答好6 6个问题，即：个问题，即：为何干为何干(必要性必要性)?)?干什么干什么(目的目的)?)?何处干何处干(地点地点)?)?何时干何时干(时间时间)?)?谁来干谁来干(承担者承担者)?)?怎么干怎么干(方法方法)?)?在试验阶段，应注意条件的一致性，确保操作的在试验阶段，应注意条件的一致性，确保
20、操作的正确性，具体可从操作者、材料、方法、管理方正确性，具体可从操作者、材料、方法、管理方面着手。面着手。在检查阶段，要抓样本的代表性，判断数据的可在检查阶段，要抓样本的代表性，判断数据的可靠性。要做到真实、合理、可靠、可信。靠性。要做到真实、合理、可靠、可信。在处理阶段，要分析结果的可信性，考察结论的在处理阶段，要分析结果的可信性，考察结论的重演性。要手、心、脑并用。通过分析掌握信息、重演性。要手、心、脑并用。通过分析掌握信息、论证假设、判断总体，指导实践。论证假设、判断总体，指导实践。4.2 4.2 注意事项注意事项 进行试验的时候，至少应注意以下几点：进行试验的时候，至少应注意以下几点：
21、a.a.要积极地驾驭试验要积极地驾驭试验 进行每一个试验都要有整体观念、系统思想，进行每一个试验都要有整体观念、系统思想，要把其当做要把其当做“整机整机”的的“零件零件”，考虑到组装的需，考虑到组装的需要。为试验而做试验，毫无意义。要。为试验而做试验，毫无意义。b.b.要注意试验目的是否明确要注意试验目的是否明确 没有明确的目的，就谈不上科学周密的设计。没有明确的目的，就谈不上科学周密的设计。未经设计的试验是无用的试验。对课题缺乏深刻的未经设计的试验是无用的试验。对课题缺乏深刻的认识，就难以明确试验的目的。认识，就难以明确试验的目的。c.c.试验管理是否严格试验管理是否严格 试验设计就是对整个
22、试验进行科学管理。试验管试验设计就是对整个试验进行科学管理。试验管理的重点是控制条件、规范操作和准确地获取数据。理的重点是控制条件、规范操作和准确地获取数据。d.d.要注意试验过程中的观察要注意试验过程中的观察 进行一次试验，机会难得，试验现场难得。要注进行一次试验，机会难得，试验现场难得。要注意观察试验过程中的每一细节，要详审细察、善疑多意观察试验过程中的每一细节，要详审细察、善疑多思。观察时，既能够捕捉预定事物，又要保持警觉，思。观察时，既能够捕捉预定事物，又要保持警觉，善于捕捉异常现象善于捕捉异常现象。新的发现往往出自。新的发现往往出自“异常异常”。e.e.设计与分析应并重设计与分析应并
23、重 任何成功的试验都始于设计而终于分析。在设任何成功的试验都始于设计而终于分析。在设计试验时，必须考虑到与之配套的统计分析方法。计试验时，必须考虑到与之配套的统计分析方法。设计的缺陷是设计的缺陷是“先天不足先天不足”，分析的草率是，分析的草率是“后天后天不足不足”。f.f.要务真求实，应即时检查核对、整理试验数据要务真求实，应即时检查核对、整理试验数据 收集、记录试验数据要坚持实事求是，不要有收集、记录试验数据要坚持实事求是，不要有意无意地让数据染上主观的色彩，对于本质上具有意无意地让数据染上主观的色彩，对于本质上具有“意外意外”意义的数据非当不能舍弃，相反更需要加意义的数据非当不能舍弃，相反
24、更需要加以详细记载，以便分析。以详细记载，以便分析。g.g.要特别注意，要特别注意，实际的事实与对事实的解释完全实际的事实与对事实的解释完全是两码事是两码事,解释的谬误比试验的谬误更易把人引解释的谬误比试验的谬误更易把人引入歧途。入歧途。不应随意让推理的进程超越已有的事实。不应随意让推理的进程超越已有的事实。h.h.成功的试验是基本事件可以再现的试验成功的试验是基本事件可以再现的试验 所以，在验证试验时，最重要的是注意观察所以，在验证试验时，最重要的是注意观察某事件是否发生，而不必要求样本空间中某一特某事件是否发生，而不必要求样本空间中某一特定数值一定出现。定数值一定出现。5试验设计的基本原则
25、试验设计的基本原则 在试验设计中，为了尽量减少试验误差，就必须在试验设计中，为了尽量减少试验误差，就必须严格控制试验干扰。严格控制试验干扰。试验干扰试验干扰:是指那些可能对试验结果产生影响，是指那些可能对试验结果产生影响，但是在试验中未加以考察，也未加以精确控制的条件但是在试验中未加以考察，也未加以精确控制的条件因素。因素。为保证试验结果的精确度，各种试验组合处理必为保证试验结果的精确度，各种试验组合处理必须在基本均匀一致的条件因素下进行，应尽量控制或须在基本均匀一致的条件因素下进行，应尽量控制或消除试验干扰的影响。消除试验干扰的影响。进行试验设计时必须严格遵循试验设计的进行试验设计时必须严格
26、遵循试验设计的3 3个基个基本原则本原则重复、随机化、局部控制。重复、随机化、局部控制。5.15.1重复原则重复原则 所谓重复，是指在试验中每种处理至少进行所谓重复，是指在试验中每种处理至少进行2 2次以上。重复试验是估计和减小随机误差的基本手次以上。重复试验是估计和减小随机误差的基本手段。段。由于随机误差是客观存在的和不可避免的，只由于随机误差是客观存在的和不可避免的，只有在同一条件下重复试验，才能利用同一条件下取有在同一条件下重复试验，才能利用同一条件下取得的多个数据的差异，把随机误差估计出来。得的多个数据的差异，把随机误差估计出来。多次重复试验的平均值的随机误差比单次试验多次重复试验的平
27、均值的随机误差比单次试验值的随机误差小。值的随机误差小。5.25.2随机化原则随机化原则 在试验中，每一个处理及每一个重复都有同等在试验中，每一个处理及每一个重复都有同等的机会被安排在某一特定的空间和时问环境中的机会被安排在某一特定的空间和时问环境中，以，以消除某些处理或其重复可能占有的消除某些处理或其重复可能占有的“优势优势”或或“劣劣势势”，保证试验条件在空间和时间上的均匀性。，保证试验条件在空间和时间上的均匀性。随机化可有效排除非试验因素的干扰随机化可有效排除非试验因素的干扰，从而可，从而可正确、无偏地估计试验误差，并可保证试验数据的正确、无偏地估计试验误差，并可保证试验数据的独立性和随
28、机性，以满足统计分析的基本要求。独立性和随机性，以满足统计分析的基本要求。5.3 5.3 局部控制局部控制 局部控制是指在试验时采取一定的技术措施方法局部控制是指在试验时采取一定的技术措施方法减少非试验因素对试验结果的影响。减少非试验因素对试验结果的影响。做一项试验，总是希望试验条件基本上保持一致做一项试验，总是希望试验条件基本上保持一致。这样得到的试验结果才可以直接看成试验因素对试。这样得到的试验结果才可以直接看成试验因素对试验指标的影响情况，因素的不同水平之间才具有可比验指标的影响情况，因素的不同水平之间才具有可比性。反之，就会引人系统误差。性。反之，就会引人系统误差。6 6 试验计划与方
29、案试验计划与方案6.1 6.1 试验计划试验计划 进行任何一项科学试验，在试验前必须制订一个进行任何一项科学试验，在试验前必须制订一个科学、全面的试验计划书，以便使该项研究工作能够科学、全面的试验计划书，以便使该项研究工作能够有计划、有目的地顺利开展，从而保证试验任务的完有计划、有目的地顺利开展，从而保证试验任务的完成。虽然科研项目的种类、大小有所不同，但试验计成。虽然科研项目的种类、大小有所不同，但试验计划的内容一般可概括为以下几个方面：划的内容一般可概括为以下几个方面：6.1.1 6.1.1 课题名称、试验目的课题名称、试验目的 科研课题的选择是整个研究工作的第一步，也是科研课题的选择是整
30、个研究工作的第一步，也是最为重要的一步。科学研究的基本要求是探新、创新最为重要的一步。科学研究的基本要求是探新、创新。研究课题的来源不外乎两个方面。研究课题的来源不外乎两个方面。一方面是国家一方面是国家(包括省、市、区包括省、市、区)指定的项目。指定的项目。另一方面是研究人员选定的课题。这就首先应该另一方面是研究人员选定的课题。这就首先应该明确明确“为什么要进行这项科学研究为什么要进行这项科学研究”，亦即通过此项，亦即通过此项研究研究达到的目的是什么达到的目的是什么，解决什么问题解决什么问题，以及，以及在科研在科研生产中的效果如何生产中的效果如何。选题时应注意以下几点：选题时应注意以下几点：(
31、1)(1)重要性：理论性研究着重看所选课题在未来学重要性：理论性研究着重看所选课题在未来学科发展上的重要性；而应用性研究则着重看其对未来科发展上的重要性；而应用性研究则着重看其对未来生产发展的作用和潜力。生产发展的作用和潜力。(2)(2)必要性和实用性。要着眼于食品科学研究和生产中急需必要性和实用性。要着眼于食品科学研究和生产中急需解决的问题，适当考虑长远或不久将来可能出现的问题。解决的问题，适当考虑长远或不久将来可能出现的问题。(3)(3)先进性和创新性。在了解国内外在该研究领域的进展、先进性和创新性。在了解国内外在该研究领域的进展、水平等基础上，选择前人未解决或未完全解决的问题，以期在水平
32、等基础上，选择前人未解决或未完全解决的问题，以期在理论、观点、方法或应用等方面有所突破。理论、观点、方法或应用等方面有所突破。新颖新颖 (4)(4)可行性。即完成科研课题的可能性。可行性。即完成科研课题的可能性。(资源、条件、团资源、条件、团队、基础工作队、基础工作)6.1.2 6.1.2 研究依据、内容及预期达到的经济技术指标研究依据、内容及预期达到的经济技术指标 课题明确后，通过查阅国内外有关文献资料，课题明确后，通过查阅国内外有关文献资料，阐明项目的科学意义和应用前景、国内外在该领域阐明项目的科学意义和应用前景、国内外在该领域的研究概况、水平和发展趋势、理论依据、特色、的研究概况、水平和
33、发展趋势、理论依据、特色、创新之处。创新之处。详细说明项目的具体研究内容和重点解决的问题，以及详细说明项目的具体研究内容和重点解决的问题，以及取得成果后应用推广计划，预期达到的经济技术指标及预期取得成果后应用推广计划，预期达到的经济技术指标及预期的技术或理论水平等。的技术或理论水平等。6.1.3 6.1.3 试验方案、试验设计方法试验方案、试验设计方法 试验方案是全部试验工作的核心部分，主要包括试验方案是全部试验工作的核心部分，主要包括研究的因素、水平的确定。研究的因素、水平的确定。方案确定后要结合试验条件确定合适的试验设计方案确定后要结合试验条件确定合适的试验设计方法，通过设计使方案进一步具
34、体化方法，通过设计使方案进一步具体化。6.1.4 6.1.4 受试材料的数量及要求受试材料的数量及要求 受试材料即受试对象。受试材料即受试对象。首先应当明确首先应当明确受试对象所组成的研究总体受试对象所组成的研究总体，而后，而后正确选择受试材料。正确选择受试材料。受试材料选择的正确与否直接关系到试验结论的受试材料选择的正确与否直接关系到试验结论的正确性。因此，受试材料力求均匀一致，正确性。因此，受试材料力求均匀一致，应明确规定应明确规定受试材料的入选标准和排除标准。受试材料的入选标准和排除标准。6.1.5 6.1.5 试验记录的项目与要求试验记录的项目与要求 为收集分析结果需要的各方面的资料，
35、事先应为收集分析结果需要的各方面的资料，事先应以表格的形式列出需要观察的指标与要求。以表格的形式列出需要观察的指标与要求。6.1.6 6.1.6 试验结果分析方法、经济效益或社会效益的试验结果分析方法、经济效益或社会效益的估算估算 试验结束后，对各阶段取得的资料要进行整理试验结束后，对各阶段取得的资料要进行整理分析，所以要明确应采用的统计分析方法。每一种分析，所以要明确应采用的统计分析方法。每一种试验设计都有相应的统计分析方法。分析方法不正试验设计都有相应的统计分析方法。分析方法不正确，必然会导致错误的结论。同时，应估算研究成确，必然会导致错误的结论。同时，应估算研究成果可能获得的经济的或社会
36、的效益。果可能获得的经济的或社会的效益。6.1.7 6.1.7 已具备的条件和研究进度安排已具备的条件和研究进度安排 已具备的条件主要包括过去的研究工作基础或预已具备的条件主要包括过去的研究工作基础或预试情况，现有的主要仪器设备，研究技术人员及协作试情况，现有的主要仪器设备，研究技术人员及协作条件，经费情况等。研究进度安排可根据不同内容按条件，经费情况等。研究进度安排可根据不同内容按日期、分阶段进行安排，定期写出总结报告。日期、分阶段进行安排，定期写出总结报告。6.1.8 6.1.8 试验所需要的条件试验所需要的条件 除已具备的条件外，本试验尚需的条件，如经费除已具备的条件外，本试验尚需的条件
37、，如经费、药品、试剂、仪器设备的数量和要求等。、药品、试剂、仪器设备的数量和要求等。6.1.9 6.1.9 参加研究人员的分工参加研究人员的分工 一般分为主持人、主研人、参加人。课题组成人员一般分为主持人、主研人、参加人。课题组成人员应结构合理、优势互补，确保试验研究的连续性、稳应结构合理、优势互补，确保试验研究的连续性、稳定性、完整性。定性、完整性。6.1.10 6.1.10 试验的时间、地点和工作人员试验的时间、地点和工作人员6.1.11 6.1.11 成果鉴定及发表学术论文成果鉴定及发表学术论文召开鉴定会议，撰写学术论文、研究报告、发表研究成果。召开鉴定会议，撰写学术论文、研究报告、发表
38、研究成果。阐明事物的内在规律，提出自己的见解、新的学术观点或新的阐明事物的内在规律，提出自己的见解、新的学术观点或新的研究内容，将研究引向深入。研究内容，将研究引向深入。6.26.2试验方案试验方案6.2.16.2.1试验方案试验方案 试验方案是根据试验目的和要求而拟定的进行比试验方案是根据试验目的和要求而拟定的进行比较的一组试验处理的总称。较的一组试验处理的总称。主要包括试验因素的选择、水平的确定等内容。主要包括试验因素的选择、水平的确定等内容。试验方案按其试验因素的多少可区分为以下试验方案按其试验因素的多少可区分为以下3 3类类 (1)(1)单因素试验方案单因素试验方案 单因素试验：是指在
39、整个试验中只变更、比较单因素试验：是指在整个试验中只变更、比较1 1个个试验因素的不同水平，其他作为试验条件的因素均严试验因素的不同水平，其他作为试验条件的因素均严格控制一致的试验。格控制一致的试验。(2)(2)多因素试验方案多因素试验方案 多因素试验：是指同一试验方案中包含多因素试验：是指同一试验方案中包含2 2个或个或2 2个个以上的试验因素，各个因素都分为不同水平，其他试以上的试验因素，各个因素都分为不同水平，其他试验条件均应严格控制一致的试验。验条件均应严格控制一致的试验。完全方案完全方案 完全方案中包括各试验因素不同水平的一切可能完全方案中包括各试验因素不同水平的一切可能组合。这些组
40、合全部参加试验组合。这些组合全部参加试验-全面试验。全面试验全面试验。全面试验能够很好的揭示事物的内部规律。处理数等于各试验能够很好的揭示事物的内部规律。处理数等于各试验因素数数的乘积。因素数数的乘积。缺点是在处理数较多，特别是因素个数和水平数较多时，缺点是在处理数较多，特别是因素个数和水平数较多时，方案过于庞大，在人力、物力、财力和场地等方面，一般难以方案过于庞大，在人力、物力、财力和场地等方面，一般难以承受。承受。不完全方案不完全方案 在全部水平组合中挑选部分有代表性的水平组合在全部水平组合中挑选部分有代表性的水平组合获得的方案称为不完全方案。多因素试验的目的一般获得的方案称为不完全方案。
41、多因素试验的目的一般在于明确各试验因素的相对重要性和相互作用，并从在于明确各试验因素的相对重要性和相互作用，并从中选出中选出1 1个或几个最优水平组合。个或几个最优水平组合。(3)(3)综合性试验方案综合性试验方案 是一种多因素试验，是是一种多因素试验，是将若干因素的某些水平将若干因素的某些水平结合在一起形成少数几个水平组合结合在一起形成少数几个水平组合。目的在于探讨。目的在于探讨一系列供试因素某些水平组合的综合作用，而不在一系列供试因素某些水平组合的综合作用，而不在于检测因素的单独作用和相互作用。于检测因素的单独作用和相互作用。单因素和多因素试验常是分析性的试验；综合性试验单因素和多因素试验
42、常是分析性的试验；综合性试验则是在对于起主导作用的那些因素及其相互关系基本弄清则是在对于起主导作用的那些因素及其相互关系基本弄清楚的基础上设置的试验。它的水平组合是一系列经过实践楚的基础上设置的试验。它的水平组合是一系列经过实践初步证实的初步证实的优良水平的配套优良水平的配套。6.2.2 6.2.2 拟订试验方案的要点拟订试验方案的要点 拟定一个正确的试验方案，应认真考虑以下几拟定一个正确的试验方案，应认真考虑以下几方面的问题。方面的问题。(1)(1)围绕试验的目的，明确通过试验要解决的问题。围绕试验的目的，明确通过试验要解决的问题。拟订试验方案前应通过回顾以往研究的进展、调查交拟订试验方案前
43、应通过回顾以往研究的进展、调查交流、文献检索等明确为达到本试验的目的需解决的主要的流、文献检索等明确为达到本试验的目的需解决的主要的、关键的问题是什么，形成对所研究主题及外延的设想，、关键的问题是什么，形成对所研究主题及外延的设想，使待拟订的方案能针对主题确切而有效地解决问题。使待拟订的方案能针对主题确切而有效地解决问题。(2)(2)根据试验的目的、任务和条件确定试验因素。根据试验的目的、任务和条件确定试验因素。选择选择对试验指标影响较大的关键因素、尚未完全对试验指标影响较大的关键因素、尚未完全掌握其规律的因素和未曾考察过的因素掌握其规律的因素和未曾考察过的因素。供试供试因素一般不宜过多因素一
44、般不宜过多，应该，应该抓住一两个或少数几个主要抓住一两个或少数几个主要因素因素解决关键问题。解决关键问题。可将试验分为两阶段进行。即可将试验分为两阶段进行。即先作单因素先作单因素的预备试验，的预备试验，再再精选因素和水平进行正规试验精选因素和水平进行正规试验。预备试验常采用较多的处理数，预备试验常采用较多的处理数，较少或不设重复较少或不设重复；正规试；正规试验则精选因素和水平，验则精选因素和水平，设置较多的重复设置较多的重复。单因素试验能解决的问题，就不用多因素试验单因素试验能解决的问题，就不用多因素试验。(3)(3)根据试验因素性质适当确定水平大小及间隔根据试验因素性质适当确定水平大小及间隔
45、 一般试验因素有一般试验因素有“质性质性”和和“量性量性”之分，之分，“质性质性”有多少种就取多少个水平。如不同原材料、有多少种就取多少个水平。如不同原材料、添加剂的种类，不同生产工艺、不同生产线、不同添加剂的种类，不同生产工艺、不同生产线、不同包装方式等。包装方式等。“量性量性”应认真考虑其应认真考虑其控制范围及水平间隔控制范围及水平间隔。如温度、。如温度、时间、压力、某种添加剂的添加量等，应确定其所应控制的时间、压力、某种添加剂的添加量等，应确定其所应控制的范围及在该范围内确定几个水平点、如何设置水平间隔等。范围及在该范围内确定几个水平点、如何设置水平间隔等。水平数目要适当水平数目要适当
46、水平数目过多，难以反映出各水平间的差异，水平数目过多，难以反映出各水平间的差异，加大了处理数；水平数目太少又容易漏掉一些好的加大了处理数；水平数目太少又容易漏掉一些好的信息，使结果分析的不全面信息，使结果分析的不全面 水平数目一般不能少于水平数目一般不能少于3 3个，最好包括对照采用个，最好包括对照采用5 5个水平个水平点。点。水平范围及问隔大小要合理水平范围及问隔大小要合理 原则是试验指标灵敏，水平间隔应小些，反之应大些。原则是试验指标灵敏，水平间隔应小些，反之应大些。要尽可能把水平值取在最佳区域或接近最佳区域。要尽可能把水平值取在最佳区域或接近最佳区域。要以正确方法设置水平间隔：要以正确方
47、法设置水平间隔：等差法等差法:是指试验因素水平间隔是等差的。是指试验因素水平间隔是等差的。等比法等比法:是指因素水平的间隔是等比的。是指因素水平的间隔是等比的。0.6180.618法法:是以试验因素水平的上限与下限为是以试验因素水平的上限与下限为2 2个端点，以个端点，以上限与下限之差与上限与下限之差与0 0618618的乘积为水平间隔从两端向中间展的乘积为水平间隔从两端向中间展开的。开的。随机法随机法:是指因素水平排列随机，各水平的数量大小无一是指因素水平排列随机，各水平的数量大小无一定关系。定关系。(4)(4)正确选择试验指标正确选择试验指标 试验效应是试验因素作用于试验对象的反应，通过试
48、验观试验效应是试验因素作用于试验对象的反应，通过试验观察指标显示出来。在确定试验指标时应考虑如下因素：察指标显示出来。在确定试验指标时应考虑如下因素：选择的指标应选择的指标应与研究的目的有本质联系与研究的目的有本质联系，能确切地反映，能确切地反映出试验因素的效应。出试验因素的效应。选用客观性较强的指标，最好选用选用客观性较强的指标，最好选用易于量化易于量化，即经过仪，即经过仪器测量和检验而获得的指标。器测量和检验而获得的指标。要考虑指标的灵敏性与准确性。要考虑指标的灵敏性与准确性。选择指标的数目要适当。选择指标的数目要适当。(5)(5)试验方案中必须设立作为比较标准的对照处试验方案中必须设立作
49、为比较标准的对照处理。理。空白对照、标准对照、试验对照，互为对照和自身对照空白对照、标准对照、试验对照，互为对照和自身对照等。等。阴性对照、阳性对照阴性对照、阳性对照(6)(6)试验方案中应注意比较间的惟一差异原则。试验方案中应注意比较间的惟一差异原则。除试验处理不同外，其他所有条件应当一致或相同。除试验处理不同外，其他所有条件应当一致或相同。(7)(7)拟订试验方案时必须正确处理试验因素和试验条件拟订试验方案时必须正确处理试验因素和试验条件间的关系。间的关系。(8)(8)预备试验。预备试验。7 7 试验误差及控制试验误差及控制 在试验中，由于各种因素的不同影响，使任何在试验中，由于各种因素的
50、不同影响，使任何一个试验数据都包含有试验误差。误差的大小决定一个试验数据都包含有试验误差。误差的大小决定着试验数据的精确程度，直接影响着试验结果分析着试验数据的精确程度，直接影响着试验结果分析的可靠性。的可靠性。试验设计的主要任务之一就是试验设计的主要任务之一就是减少、控制试验减少、控制试验误差误差，从而提高对试验结果分析的精确性和判断的，从而提高对试验结果分析的精确性和判断的准确性。准确性。7.17.1试验误差的来源试验误差的来源a.a.试验材料试验材料 试验材料在质量、纯度、产地、批号的不一致，试验材料在质量、纯度、产地、批号的不一致，同一包装内的产品存在某种程度上的不均匀性。同一包装内的
