《多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)--課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)--課件（37頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,多因素實驗設(shè)計,(,正交實驗設(shè)計,),多因素實驗設(shè)計,1,一,:,正交實驗與正交表,二,:,正交實驗的設(shè)計應(yīng)用,1,、單,指標(biāo)正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀,分析,2,、多指標(biāo)正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,3,、有交互作用的正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,內(nèi)容概要,一:正交實驗與正交表內(nèi)容概要,2,第一節(jié),正交實驗與正交表,第一節(jié),3,思考的提出,例如：某工業(yè)廢水欲采用厭氧消化處理，經(jīng)分析研究后決定考察三個因素，溫度（,60,、,70,、,80,）、反應(yīng)時間（,5d,、,10d,、,15d,）、負(fù)荷率（,100%

2、,、,200%,、,300%,），可能做,27,次實驗后才知哪一種組合最好；,再如：某個實驗要考察,4,個因素質(zhì)，每個因素,3,個水平（狀態(tài)），那要做,81,次實驗。,對于,5,因素,4,水平的試驗，為全面試驗次數(shù)為 次。,難道這樣一直做下去？,思考的提出例如：某工業(yè)廢水欲采用厭氧消化處理，經(jīng)分析研究后決,4,1.1,正交實驗,正交實驗定義：,研究,與處理多因素實驗的一種科學(xué)方法,.,借助于正交表,.,正交表設(shè)計的原理是,:,均衡分散性和整齊可比,性,相關(guān)概念,1,）,實驗指標(biāo),：,用來衡量實驗結(jié)果的量,實驗指標(biāo)有可以用數(shù)字表示的定量指標(biāo)，也有不能用數(shù)字直接表示的 定性指標(biāo)，但可通過打分、或定

3、出等級用數(shù)字表示,2,）,因素,：,影響實驗結(jié)果的實驗條件（也叫因子,）,3,）,水平,：,因素變化的各種狀態(tài)（也叫位級）,1.1正交實驗正交實驗定義：研究與處理多因素實驗的一種科學(xué)方,5,L:,正交表代號,8:,該表共,8,行,2:,表示,2,水平正交表,即每個因子都,有,2,個,水平,7:,表示,7,列,即此表最多可安排,7,個因素的實驗,1.2,正交表,正交表,定義,：,正交設(shè)計法中合理安排實驗，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析的一種特殊表格,工具,。,正交表特點,2,）表中任意兩列，把同一行的兩個數(shù)字看成有序數(shù)字對時，所有可能的數(shù)字對出現(xiàn)的次數(shù)相同。,1,）表中任一列，不同的數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù),相同,

4、L:正交表代號8:該表共8行2:表示2水平正交表,即每個因子,列號,試驗序號,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,8,1,1,1,1,2,2,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,2,2,1,1,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,2,1,1,2,每一列中,1,、,2,均各出現(xiàn),4,次,無論哪兩列出現(xiàn)的有序排列,(1,1),、,(1,2),、,(2,1),、,(2,2),都是兩次,列號123456711,7,正交試驗法原理的解釋,正交試驗法原理的解釋,正交表性質(zhì),正交表性質(zhì),正交表

5、選擇參考表,因素個數(shù),有重點因素,無重點因素,要求少做實驗,允許多做實驗,要求少做實驗,允許多做實驗,3,L,8,（,4,1,2,4,）,L,18,（,6,1,3,6,）,L,4,（,2,3,）,L,9,（,3,4,）,L,16,（,4,5,）,4,L,8,（,4,1,2,4,）,L,18,（,6,1,3,6,）,L,9,（,3,4,）,L,9,（,3,4,）,L,16,（,4,5,),5,L,8,（,4,1,2,4,）,L,18,（,6,1,3,6,）,L,16,（,4,4,2,3,）,L,8,（,2,7,）,L,16,（,4,5,),6,L,18,（,6,1,3,6,）,L,18,（,6,

6、1,3,6,）,L,16,（,4,2,2,3,）,L,8,（,2,7,）,L,18,（,6,1,3,6,）,L,16,（,4,4,2,3,）,7,L,18,（,6,1,3,6,）,L,18,（,6,1,3,6,）,L,16,（,4,4,2,3,）,L,8,（,2,7,）,L,18,（,6,1,3,6,）,L,16,（,4,4,2,3,）,正交表選擇參考表因素個數(shù)有重點因素?zé)o重點因素要求少做實驗允許,10,L,8,（,4,1,2,4,）的設(shè)計由,L,8,（,2,7,）的改造而,成,并列法,將相同位級的正交表改造成位級數(shù)不同的正交表,把給定的正交表中的任意兩列,按一定的規(guī)則變?yōu)橐涣?使其字碼改變?yōu)?/p>

7、不等,.,1 1,1 2 2,2 1 3,2 2 4,列號,試驗序號,原列,新列,1,2,1,2,3,4,5,6,7,8,1,1,1,1,2,2,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,3,3,4,4,L8（4124）的設(shè)計由L8（27）的改造而成并列法將相同,列號,試驗序號,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,8,1,1,1,1,2,2,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,2,2,1,1,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,2,1,1,2,列號123456711

8、,12,列號,試驗序號,1,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,8,1,1,2,2,3,3,4,4,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,1,2,2,1,2,1,1,2,列號145671111,13,第二節(jié),正交實驗的設(shè)計運用,第二節(jié),14,正交實驗設(shè)計的基本步驟,1,、明確實驗?zāi)康?，確定實驗,指標(biāo),2,、選定實驗,因素,選取水平，列出因素水平表（關(guān)鍵）,3,、選擇適合的正交表,進(jìn)行表頭,設(shè)計,根據(jù),因素數(shù)和水平數(shù)來選擇合適的正交表。一般要求：因素數(shù)小于等于正交表列數(shù)，因素水平數(shù)與正交表對應(yīng)的水平數(shù)一致，在滿足上述條件的前提下，

9、選擇較小的,表,4,、確定實驗,方案,5,、進(jìn)行實驗,得到,以試驗指標(biāo)形式表示的試驗,結(jié)果,6,、對實驗結(jié)果進(jìn)行分析,找出,最佳水平組合,通常采用兩種方法：直觀分析法、方差分析法。通過試驗結(jié)果分析，可以得到因素主次順序、最佳水平組等有用信息。,7,、進(jìn)行驗證實驗,做進(jìn)一步分析,正交實驗設(shè)計的基本步驟1、明確實驗?zāi)康?，確定實驗指標(biāo)2、選定,15,（一）單指標(biāo)正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,（一）單指標(biāo)正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,16,單指標(biāo)正交實驗設(shè)計結(jié)果分析,1,、直觀分析法：,直接,比較實驗指標(biāo),從中選出實驗指標(biāo)最好的,因素水平組合,9,個實驗中,第,1,號最好,其因素位級組合為,A,1

10、,B,1,C,1,D,1,2,、方差分析法：,對,實驗結(jié)果進(jìn)行,計算,計算,k,1,，,k,2,，,k,3,，,，,k,n,分別表示每個位級數(shù)相同的,各次,實驗結(jié)果的總合,(2),分別表示每個位級數(shù)相同的各次實驗結(jié)果的平均水平,(4),比較各列的,k,或,-,k,值,選出最佳的因素位級組合,(3),計算極差,.,極差大小反映了實驗中的相應(yīng)因素對指標(biāo)的作用的顯著性,.,極差大說明該位級對實驗結(jié)果造成的差別大,是較重要的因素,單指標(biāo)正交實驗設(shè)計結(jié)果分析1、直觀分析法：直接比較實驗指標(biāo),17,例,1,：一種新型食品乳化劑，通過酯化反應(yīng)制得，現(xiàn)對其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化，以提高乳化劑的乳化能力。,根據(jù)探索性

11、試驗，確定的因素與水平如下,表,：,例1：一種新型食品乳化劑，通過酯化反應(yīng)制得，現(xiàn)對其合成工藝進(jìn),18,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,19,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,20,（二）多指標(biāo)正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,（二）多指標(biāo)正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,21,第,1,種：指標(biāo)拆開單個處理綜合分析法,第一步：將各個指標(biāo)值（實驗結(jié)果）填入表內(nèi)。將多個指標(biāo)拆開，按各個單指標(biāo)正交實驗分別計算各因素不同水平的效應(yīng)值及極差,R,。,第二步，分指標(biāo)按極差大小列出因素的主次順序，經(jīng)綜合分析后確定因素主次。,第三步：綜合考慮多個指標(biāo)，確定各因素的最佳水平。,第1種：指標(biāo)拆開單個處理綜合

12、分析法 第一步：將各個指標(biāo)值（,22,例：在用乙醇溶液提取葛根中有效成分的試驗中，為了提高葛根中有效成分的提取率，對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化試驗，需要考察三項指標(biāo)：提取物得率（為提取物質(zhì)量與葛根質(zhì)量之比）、提取物中葛根總黃酮含量、總黃酮中葛根素含量，三個指標(biāo)都是越大越好，根據(jù)前期探索性試驗，決定選取,3,個相對重要的因素：乙醇濃度、液固比（乙醇溶液與葛根質(zhì)量之比）和提取劑回流次數(shù)進(jìn)行正交試驗，它們各有,3,個水平，具體數(shù)據(jù)見因素水平表，不考慮因素間的交互作用，試進(jìn)行分析，找出較好的提取工藝條件。,例：在用乙醇溶液提取葛根中有效成分的試驗中，為了提高葛根中有,23,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,

13、24,不同指標(biāo)對應(yīng)的優(yōu)方案是不同的，利用指標(biāo)拆開單獨處理方法的平衡過程如下：,因素,A,：對于后兩個指標(biāo)都是取,A3,好，而且對于葛根總黃酮含量，,A,因素是最主要的因素，在確定優(yōu)水平時應(yīng)重點考慮；對于提取物得率則是取,A2,好，從極差看，,A,為較次要的因素，所以根據(jù)多數(shù)傾向和,A,因素對不同指標(biāo)的重要程度，選取,A3,。,因素,B,：對于提取物得率，取,B2,或,B3,基本相同，對于葛根總黃酮含量取,B3,好，對于葛根素含量則是取,B2,；另外，對于這三個指標(biāo)，,B,因素都是處于末位的次要因素，所以,B,取哪一個水平對,3,個指標(biāo)的影響都比較小，這時可以本著降低消耗的原則，選取,B2,，以

14、減少溶劑耗量。,因素,C,：對,3,個指標(biāo)來說，都是以,C3,為最佳水平，所以取,C3,。,綜合上述分析，優(yōu)方案為,A3B2C3,，即乙醇濃度,70,，液固比,6,，回流,3,次。,不同指標(biāo)對應(yīng)的優(yōu)方案是不同的，利用指標(biāo)拆開單獨處理方法的平衡,25,綜合分析時應(yīng)遵循的原則,一、對于某個因素，可能對某個指標(biāo)是主要因素，但對另外的指標(biāo)則可能是次要因素，在確定該因素的優(yōu)水平時，應(yīng)首先選取作為主要因素時的優(yōu)水平。,二、若某因素對各指標(biāo)的影響程度相差不大，這時可按,“,少數(shù)服從多數(shù),”,的原則，選取出現(xiàn)次數(shù)較多的優(yōu)水平。,三、當(dāng)因素各水平相差不大時，可依據(jù)降低消耗、提高效率的原則選取合適的水平。,四、若

15、各試驗指標(biāo)的重要程度不同，則在確定因素優(yōu)水平時應(yīng)首先滿足相對重要的指標(biāo)。,綜合分析時應(yīng)遵循的原則一、對于某個因素，可能對某個指標(biāo)是主要,26,第,2,種：綜合多指標(biāo)的評分法,A),指標(biāo)疊加法,：,將多指標(biāo)按某種計算公式計算疊加，將多指標(biāo)化為單指標(biāo)，而后進(jìn)行正交實驗直觀分析,。,B),排隊評分法,：,將全部試驗結(jié)果按照指標(biāo)從優(yōu)到劣進(jìn)行排隊評分。最好的給,100,分，,逐次減少,，減少多少分大體上與它們效果的差距相應(yīng)，這種方法雖然粗糙但比較簡便,。,方法比較主觀，,如何確定合理的評分標(biāo)準(zhǔn)和各指標(biāo)的權(quán)數(shù)，是綜合評分的關(guān)鍵，它的解決有賴于專業(yè)知識、經(jīng)驗和實際要求，單純從數(shù)學(xué)上是無法解決的。,第2種：綜

16、合多指標(biāo)的評分法A)指標(biāo)疊加法：將多指標(biāo)按某種計,27,例：為了進(jìn)行某種污水的回收重復(fù)使用，采用正交試驗來安排混凝沉淀試驗，,以出水,COD,，,SS,作為評價指標(biāo)。,1),若回用水對,COD,、,SS,指標(biāo)具有同等重要的要求，則采用綜合指標(biāo) ，的計算方法。試驗結(jié)果如下表：,例：為了進(jìn)行某種污水的回收重復(fù)使用，采用正交試驗來安排混凝沉,28,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,29,（三）有交互作用的正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,（三）有交互作用的正交試驗設(shè)計及其結(jié)果的直觀分析,30,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,31,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,32,表頭,設(shè)計,：,關(guān)于,交互作用列的安排，有兩種方法：,表頭設(shè)計：關(guān)于交互作用列的安排，有兩種方法：,33,方法,2,：直接查對應(yīng)正交表的表頭設(shè)計表，它實際上是根據(jù)交互作用表整理出來的，使用起來更方便。,方法2：直接查對應(yīng)正交表的表頭設(shè)計表，它實際上是根據(jù)交互作用,34,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,35,多因素實驗設(shè)計(正交實驗設(shè)計)-課件,36,Thats all,The Presentation is,