試驗設(shè)計與分析PPT課件

1、1 幾個基本概念：幾個基本概念： 干擾：干擾： 試驗中不予考慮的因素對試驗結(jié)果的影響。試驗中不予考慮的因素對試驗結(jié)果的影響。 區(qū)組：區(qū)組： 人為劃分的試驗條件基本相同的人為劃分的試驗條件基本相同的時空范圍時空范圍。 區(qū)組因素：區(qū)組因素：試驗中未考慮但又影響試驗指標(biāo)的原因。試驗中未考慮但又影響試驗指標(biāo)的原因。 區(qū)組因素的水平：區(qū)組因素的水平：區(qū)組因素的一個水平相當(dāng)于一個區(qū)組因素的一個水平相當(dāng)于一個區(qū)組。區(qū)組。 如：試驗人員技能如：試驗人員技能 1 1個區(qū)組因素，個區(qū)組因素， 技能的高與低技能的高與低 2 2個區(qū)組個區(qū)組。第1頁/共36頁2第一節(jié)第一節(jié) 實驗室試驗時的區(qū)組設(shè)計實驗室試驗時的區(qū)組設(shè)計

2、區(qū)組因素：區(qū)組因素：機臺、儀器、班次、人員、日期等。機臺、儀器、班次、人員、日期等。例：實驗室土槽試驗，試驗者技能有上、中、下例：實驗室土槽試驗，試驗者技能有上、中、下3 3檔。檔。 因素因素試驗號試驗號 土壤濕度土壤濕度 牽引速度牽引速度 試驗技能試驗技能 A B （區(qū)組因素）（區(qū)組因素） 空空 阻力阻力 yi12345678 9 1 1 1 11 2 2 21 3 3 32 1 2 32 2 3 12 3 1 23 1 3 23 2 1 33 3 2 1 y1y2y3y4y5y6y7y8y9第2頁/共36頁3 將區(qū)組因素（技術(shù)人員水平）作為一因素占正將區(qū)組因素（技術(shù)人員水平）作為一因素占正

3、交交 表的一列表的一列; ; 設(shè)置區(qū)組因素水平數(shù)設(shè)置區(qū)組因素水平數(shù) = = 考察因素的水平數(shù)考察因素的水平數(shù); ; （此例為（此例為3 3水平）水平） 確定區(qū)組內(nèi)試驗號。確定區(qū)組內(nèi)試驗號。 （即區(qū)組因素的同一水平對應(yīng)的試驗號）（即區(qū)組因素的同一水平對應(yīng)的試驗號） 1 1區(qū)組：區(qū)組：1 1、6 6、8 8號試驗號試驗 2 2區(qū)組：區(qū)組：2 2、4 4、9 9號試驗號試驗 3 3區(qū)組：區(qū)組：3 3、5 5、7 7號試驗號試驗1 設(shè)計方法：設(shè)計方法：第3頁/共36頁4 2 2 效果：效果： 由正交表的均衡分散性，使得干擾也具均衡分由正交表的均衡分散性，使得干擾也具均衡分散性。即將技術(shù)人員水平差異均衡

4、分散于試驗散性。即將技術(shù)人員水平差異均衡分散于試驗結(jié)果中，使得所測數(shù)據(jù)之間具有可比性。結(jié)果中，使得所測數(shù)據(jù)之間具有可比性。 在精度要求高時，必須對試驗數(shù)據(jù)做修正。在精度要求高時，必須對試驗數(shù)據(jù)做修正。第4頁/共36頁5 第二節(jié)第二節(jié) 現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗 一一 單向區(qū)組設(shè)計單向區(qū)組設(shè)計 1 1 完全區(qū)組設(shè)計完全區(qū)組設(shè)計egeg：考察牽引速度考察牽引速度A A、犁鏵形式、犁鏵形式B B、牽引點、牽引點C C三三因素因素( (因素均為因素均為2 2個水平個水平) )對犁耕阻力對犁耕阻力y y的影響，的影響，要求重復(fù)試驗要求重復(fù)試驗3 3次。試制定可消除試驗地土壤次。試制定可消除試驗地土壤堅實度朝單方向

5、變化對試驗影響的正交試驗堅實度朝單方向變化對試驗影響的正交試驗方案。方案。分析：分析：若試驗地條件一致，重復(fù)試驗若試驗地條件一致，重復(fù)試驗3 3次精度會提次精度會提高。高。 若試驗地土壤堅實度沿單向變化，試驗安排若試驗地土壤堅實度沿單向變化，試驗安排不當(dāng)，即使重復(fù)多次，也會由于堅實度的變不當(dāng)，即使重復(fù)多次，也會由于堅實度的變化影響試驗結(jié)果的準確性化影響試驗結(jié)果的準確性。第5頁/共36頁6 L L4 4(2(23 3) ) 試驗表試驗表 因素因素試驗號試驗號 土壤濕度土壤濕度 牽引速度牽引速度 牽引點牽引點 A B CA B C 阻力阻力 yi12341 1 11 2 22 1 22 2 1y1

6、y2y3y4第6頁/共36頁7區(qū)組區(qū)組 區(qū)組區(qū)組 區(qū)組區(qū)組 123412341234區(qū)組區(qū)組區(qū)組區(qū)組區(qū)組區(qū)組111222333444區(qū)組區(qū)組區(qū)組區(qū)組區(qū)組區(qū)組121334243412土壤堅實度變化方向土壤堅實度變化方向第7頁/共36頁8 方法：方法：按考察按考察因素的個數(shù)、水平數(shù)因素的個數(shù)、水平數(shù)選擇合適的正交選擇合適的正交表并換成試驗方案表；表并換成試驗方案表；將試驗區(qū)將試驗區(qū)按區(qū)組因素變化方向按區(qū)組因素變化方向分成分成m m個區(qū)組個區(qū)組 （m =m =重復(fù)試驗次數(shù)）此例重復(fù)試驗次數(shù)）此例 m=3m=3（）；）；每個區(qū)組分成每個區(qū)組分成n n個小區(qū)（個小區(qū)（n n：正交表安排的試：正交表安排的

7、試驗次數(shù)）此例驗次數(shù)）此例n =4n =4；隨機抽簽確定小區(qū)的試驗號隨機抽簽確定小區(qū)的試驗號。第8頁/共36頁9 區(qū)組因素不上正交表，在各區(qū)組內(nèi)隨機安排試驗區(qū)組因素不上正交表，在各區(qū)組內(nèi)隨機安排試驗號，多次重復(fù)試驗、結(jié)果平均的方法消除區(qū)組因號，多次重復(fù)試驗、結(jié)果平均的方法消除區(qū)組因素對試驗結(jié)果的影響。素對試驗結(jié)果的影響。 一個區(qū)組內(nèi)完成一組正交試驗。不適合正交試驗一個區(qū)組內(nèi)完成一組正交試驗。不適合正交試驗次數(shù)多的情況，次數(shù)多的情況， 如如L L1212（2 21111）重復(fù)）重復(fù)3 3次需次需3636次試次試驗。驗。特點：特點：第9頁/共36頁10 2 2 不完全區(qū)組設(shè)計不完全區(qū)組設(shè)計 特點：

8、特點：試驗的總次數(shù)試驗的總次數(shù) = = 正交表試驗次數(shù)正交表試驗次數(shù)試驗指標(biāo)值需修正，以消除區(qū)組因素的影響試驗指標(biāo)值需修正，以消除區(qū)組因素的影響第10頁/共36頁11egeg：考察某收獲機行走機構(gòu)接地壓力考察某收獲機行走機構(gòu)接地壓力A A、履帶板形、履帶板形式式B B、重心位置、重心位置C C與行走阻力與行走阻力Y Y之間的關(guān)系之間的關(guān)系(3(3因素因素3 3水平單指標(biāo)非重復(fù)試驗水平單指標(biāo)非重復(fù)試驗) )。試安排可消除試驗。試安排可消除試驗地土壤堅實度朝單方向變化對試驗影響的正交地土壤堅實度朝單方向變化對試驗影響的正交試驗方案試驗方案。 選L L9 9（3 34 4）正交表 第11頁/共36頁

9、12 因素因素試驗號試驗號 接地壓力接地壓力 履帶板形式履帶板形式 重心位置重心位置 區(qū)組區(qū)組 A（0.1MPa） B C D 行走阻力行走阻力 yt123456789 1 （0.18） 1（大間隔）（大間隔） 1（中點）（中點） 11 2（無間隔）（無間隔） 2（中點前（中點前120mm）21 3（小間隔）（小間隔） 3（中點后（中點后120mm）32（0.23） 1 2 32 2 3 12 3 1 23（0.21） 1 3 23 2 1 33 3 2 1 681 671.7 638 630.0627 644.3773 790.3816 806.7632 624.0838 830.0632

10、649.3615 605.7k1k2k3R648.7 764.0 648.4 694.7740.4 695.0 675.4 694.7695.0 624.7 760.4 694.791.7 139.3 112.0 0ty第12頁/共36頁13方法：方法：區(qū)組因素上正交表作為一列區(qū)組因素上正交表作為一列按正交表水平數(shù)按正交表水平數(shù)r r將試驗地沿區(qū)組因素變化將試驗地沿區(qū)組因素變化方向劃分成方向劃分成r r個小區(qū)（個小區(qū)（ 區(qū)）區(qū)）將區(qū)組因素水平號作為區(qū)組號：將區(qū)組因素水平號作為區(qū)組號： 區(qū)組因素區(qū)組因素D D1 1水平水平 區(qū) 1 1，5 5，9 9 區(qū)組因素區(qū)組因素D D2 2水平水平 區(qū)的區(qū)

11、的2 2，7 7，6 6 區(qū)組因素區(qū)組因素D D3 3水平水平 區(qū)的區(qū)的3 3，4 4，8 8區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)524173968第13頁/共36頁14 對于第對于第t t號試驗號試驗： (1) (2) （1）代入（2），有： (3) tlkjitdcbaytijktyabc12.3ttlyydl ，llDdky7 .694363281668139195111ttDyyyyykdyyyyykdD3762223 3 測試值的修正測試值的修正（由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手）由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)入手）第14頁/共36頁15將上述各值代入（將上述各值代入（3 3），得修正值），得修正值yyyyykdD384333ty1115599

12、yyd2226677yyd3334488yyd第15頁/共36頁16 用用R RD D值可驗證值可驗證修正后的修正后的 是否正確是否正確 （1 1）求出求出 、 （區(qū)組水平效應(yīng)）（區(qū)組水平效應(yīng)）（2 2）計算修正值）計算修正值 （ ）；）； （3 3）以）以 為修正后的試驗指標(biāo)值做分析，確定因為修正后的試驗指標(biāo)值做分析，確定因素主次順序及較優(yōu)水平組合。素主次順序及較優(yōu)水平組合。 tyyidtyttlyydty步驟總結(jié)：步驟總結(jié)：第16頁/共36頁17二二 雙向區(qū)組設(shè)計雙向區(qū)組設(shè)計1 1 拉丁方區(qū)組設(shè)計拉丁方區(qū)組設(shè)計 拉丁方：拉丁方： 按按n n個字母（或數(shù)字）必須在每行每列出現(xiàn)且個字母（或數(shù)字

13、）必須在每行每列出現(xiàn)且僅出現(xiàn)一次的規(guī)律排成的字母（或數(shù)字）方塊僅出現(xiàn)一次的規(guī)律排成的字母（或數(shù)字）方塊。 標(biāo)準拉丁方：標(biāo)準拉丁方： 方塊的第一行和第一列均按字母順序或自然順方塊的第一行和第一列均按字母順序或自然順序排列且滿足行、列字母（或數(shù)字僅出現(xiàn)一次序排列且滿足行、列字母（或數(shù)字僅出現(xiàn)一次的字母（或數(shù)字）方塊的字母（或數(shù)字）方塊。 A B C 1 2 3 4 B C A 2 3 4 1 C A B 3 4 1 2 4 1 2 3第17頁/共36頁18 一般拉丁方：一般拉丁方：由標(biāo)準拉丁方演變而成。方塊的第一行由標(biāo)準拉丁方演變而成。方塊的第一行和第一列不按字母順序或自然順序排列但滿足行、列字和

14、第一列不按字母順序或自然順序排列但滿足行、列字母（或數(shù)字僅出現(xiàn)一次的字母（或數(shù)字）方塊母（或數(shù)字僅出現(xiàn)一次的字母（或數(shù)字）方塊。 拉丁方的階數(shù)拉丁方的階數(shù)：組成數(shù)字方塊的最大自然數(shù)，如最組成數(shù)字方塊的最大自然數(shù)，如最大自然數(shù)是大自然數(shù)是n n 則稱為則稱為n n階拉丁方階拉丁方。 標(biāo)注：標(biāo)注：n nn n 3 3 2 4 12 4 1 拉丁方具有雙向正交性拉丁方具有雙向正交性 2 1 3 42 1 3 4 4 3 1 2 4 3 1 2 1 4 2 3 1 4 2 3 第18頁/共36頁19eg：某某3 3因素因素2 2水平試驗，試驗地土壤堅實度沿東水平試驗，試驗地土壤堅實度沿東 西向、南北向

15、都有變化，如何安排試驗？西向、南北向都有變化，如何安排試驗？ 因素因素試驗號試驗號 A （1） B （2） C（3） 阻力阻力 yi1234 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1y1y2y3y4第19頁/共36頁20 將試驗地分成將試驗地分成 n n n n 個小格（個小格（n n：正交表上：正交表上的總試驗次數(shù)）的總試驗次數(shù)） 按按n n階非標(biāo)準拉丁方拉丁方填入數(shù)字（標(biāo)準拉丁階非標(biāo)準拉丁方拉丁方填入數(shù)字（標(biāo)準拉丁方行與行、列與列互換）方行與行、列與列互換） 特點：特點： 1 1） 屬完全區(qū)組試驗，區(qū)組因素不上正交表。屬完全區(qū)組試驗，區(qū)組因素不上正交表。 2 2） 試驗次數(shù)試驗次數(shù)：

16、n n2 2 (n (n試驗次數(shù)試驗次數(shù)) )。方法：方法：第20頁/共36頁212 2 方塊區(qū)組設(shè)計方塊區(qū)組設(shè)計 特點：特點： 屬不完全區(qū)組試驗，不做重復(fù)試驗，通過數(shù)屬不完全區(qū)組試驗，不做重復(fù)試驗，通過數(shù)據(jù)修正的方法消除區(qū)組因素的影響。據(jù)修正的方法消除區(qū)組因素的影響。 區(qū)組因素上正交表區(qū)組因素上正交表。第21頁/共36頁22 eg： 某某2 2因素因素3 3水平試驗，試驗地土壤堅實度沿東水平試驗，試驗地土壤堅實度沿東西、南北方向都有變化，不做重復(fù)試驗西、南北方向都有變化，不做重復(fù)試驗, ,如何如何安排正交試驗？安排正交試驗？第22頁/共36頁23 選用選用L L9 9（3 34 4）正交表）

17、正交表 因素因素試驗號試驗號 A B C D 列區(qū)組因素列區(qū)組因素 行區(qū)組因素行區(qū)組因素 試驗試驗 指標(biāo)指標(biāo)12345678 9 1 1 1 1 1 2 2 2 1 3 3 3 2 1 2 3 2 2 3 1 2 3 1 2 3 1 3 2 3 2 1 3 3 3 2 1 y1y2y3y4y5y6y7y8y9第23頁/共36頁24 土壤堅實度變化方向土壤堅實度變化方向第24頁/共36頁25 區(qū)組因素Ci、Dj水平組合表 C（列區(qū)組）（列區(qū)組）D D（行區(qū)組）（行區(qū)組） C1 C2 C3 D1 D2 D3 C1D1 C2D1 C3D1 C1D2 C2D2 C3D2 C1D3 C2D3 C3D3

18、C（列區(qū)組）（列區(qū)組）D D（行區(qū)組）（行區(qū)組） C1 C2 C3 D1 D2 D31，1 (1) 2，1 (9) 3，1（5）1，2 (6) 2，2 (2) 3，2（7）1，3 (8) 2，3 (4) 3，3（3）第25頁/共36頁26 地塊地塊試驗號試驗號土壤堅實度變化方向土壤堅實度變化方向第26頁/共36頁27 方法：方法： 區(qū)組因素區(qū)組因素C C（縱向，列）、（縱向，列）、D D（橫向，行）上正（橫向，行）上正交表交表 選擇合適的正交表（此例選擇合適的正交表（此例L L9 9（3 34 4） 由正交表水平數(shù)由正交表水平數(shù)r r，將地塊分成，將地塊分成r r 個小塊，個小塊，并注明小試驗

19、塊的坐標(biāo)并注明小試驗塊的坐標(biāo) 由正交表找出（由正交表找出（C Ck k，D DL L）組合所對應(yīng)的試驗號，）組合所對應(yīng)的試驗號，即為小試驗塊坐標(biāo)位置的試驗號即為小試驗塊坐標(biāo)位置的試驗號 若需重復(fù)試驗，用行行、列列互換確定下若需重復(fù)試驗，用行行、列列互換確定下次試驗號。次試驗號。第27頁/共36頁28 第一次修正第一次修正行修正（行修正（消除消除D D區(qū)組因素的影響區(qū)組因素的影響）tlkjitdcbaytijktyabc1, 2,3ttlyydl0355. 04888. 04533. 039195111ttDyyyyykd3 測試值的修正測試值的修正（需做2次修正）第28頁/共36頁29 001

20、2. 04888. 04967. 0376222yyyyykdD0345. 0384333yyyyykdD11155990.250.03550.420.03550.690.0355yyd（）（）（）2226677yyd3334488yyd第29頁/共36頁30 第二次修正第二次修正列修正（列修正（消除消除C C區(qū)組因素的影響區(qū)組因素的影響）1,2,3ttkyyck19168113Cttyyyckyy19249213Cttyyyckyy19357313Cttyyyckyy第30頁/共36頁310078.06955.00078.05088.00078.02855.01861861cyy3777.0

21、6110.04777.03429429cyy4011.03544.07111.03375375cyy第31頁/共36頁32 因素水平表因素水平表 因素因素水平水平 深松鏟深松鏟形式形式 A A 試驗速度（東方紅試驗速度（東方紅7575）1 12 23 3鑿形鏟鑿形鏟 A A1 1尖形鏟尖形鏟 A A2 2鴨形鏟鴨形鏟 A A3 3 B B1 1 B B2 2 B B3 3eg：對深松耕法機具工作部件進行試驗。對深松耕法機具工作部件進行試驗。第32頁/共36頁33 因素因素試驗號試驗號 深松鏟深松鏟形式形式 試驗速度試驗速度 區(qū)組區(qū)組 區(qū)組區(qū)組 A B C D 試驗指標(biāo)試驗指標(biāo)123456789

22、 1 （鑿）（鑿） 1（） 1 1 1 2（） 2 2 1 3（） 3 3 2（尖尖） 1 2 3 2 2 3 1 2 3 1 2 3（鴨鴨） 1 3 2 3 2 1 3 3 3 2 10.25 0.27770.59 0.61100.45 0.4100 0.39 0.37770.69 0.71110.51 0.50100.37 0.35440.73 0.68770.42 0.4777k1k2k3R主次順序主次順序較優(yōu)水平較優(yōu)水平分析數(shù)據(jù)略分析數(shù)據(jù)略iyiy第33頁/共36頁34第一次試驗行區(qū)組（第一次試驗行區(qū)組（D D）矯正表）矯正表（消除消除D D區(qū)組因素的影響區(qū)組因素的影響） 列（列（C）行（行（D）123Kjkjdj水平效水平效應(yīng)應(yīng)123（0.25）0.2855（0.51）0.5088（0.73）0.6955（0.42）0.4555（0.59）0.5888（0.39）0.3555（0.69）0.725（0.37）0.3688（0.45）0.4155（1.36）1.4665（1.47）1.4664（1.57）1.46