第三章多指標(biāo)問題及正交表在試驗設(shè)計中的靈活運用(第一節(jié))

1、第三章 多指標(biāo)問題及正交表在試驗設(shè)計中的靈活運用 前面已介紹了如何用正交表安排前面已介紹了如何用正交表安排水平數(shù)相同的多因素試驗。本章著重水平數(shù)相同的多因素試驗。本章著重討論因素水平數(shù)不完全相同時，怎樣討論因素水平數(shù)不完全相同時，怎樣靈活運用正交表來進(jìn)行試驗設(shè)計。靈活運用正交表來進(jìn)行試驗設(shè)計。 第一節(jié) 多指標(biāo)問題的處理 實際科研和生產(chǎn)中，用來衡量試驗效果的指標(biāo)往往不止一個，而是多個，這類試驗叫做多指標(biāo)試驗，而在各個指標(biāo)之間又可能存在一定的矛盾。 單指標(biāo)試驗多指標(biāo)試驗衡量試驗效果的指標(biāo)只有一個衡量試驗效果的指衡量試驗效果的指標(biāo)有多個標(biāo)有多個科學(xué)試驗一.多指標(biāo)試驗數(shù)據(jù)處理的難點與方法1.多指標(biāo)試驗

2、數(shù)據(jù)處理的難點 多個指標(biāo)之間可能存在一定的矛盾，這時需要兼顧各個指標(biāo)，尋找使得每個指標(biāo)都盡可能好的生產(chǎn)條件。如：真空鍍膜試驗鍍膜速度快，表面粗糙度大鍍膜速度慢，表面粗糙度小鍍膜速度快，表面粗糙度大鍍膜速度慢，表面粗糙度小多指標(biāo)實例1，真空鍍膜試驗結(jié)果。不同濺射鍍膜速度的原子力顯微鏡照片多指標(biāo)實例22.多指標(biāo)問題處理方法多指標(biāo)問題處理方法綜合評分法綜合平衡法排隊評分法在對各個指標(biāo)逐個測定后，按照由具體情況確定的原則，對各個指標(biāo)綜合評分，將多個指標(biāo)綜合為單指標(biāo)。將各個指標(biāo)的最優(yōu)條件綜合平衡，找出兼顧每個指標(biāo)都盡可能好的條件。綜合各個指標(biāo)，按效果好壞，進(jìn)行排隊打分。這也是將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為單指標(biāo)。三種

3、方法綜合應(yīng)用方法一. 綜合評分法 （1）綜合評分法基本思路 在對各個指標(biāo)逐個測定后，按照由具體情況確定的原則，對各個指標(biāo)綜合評分（影響系數(shù)，權(quán)值），將多個指標(biāo)綜合為單指標(biāo)。（2）. 綜合評分法的關(guān)鍵與特點 （a）綜合評分法關(guān)鍵：在于評分的標(biāo)準(zhǔn)要合理。 （b）特點： 第一： 結(jié)果分析的可靠性，主要取決于評分合理性。 第二：引入權(quán)值（影響系數(shù)）區(qū)分各個指標(biāo)的重要程度，綜合評分法也稱加權(quán)評分法。（3）應(yīng)用實例 例例31北京大學(xué)生物系與生產(chǎn)廠聯(lián)合攻關(guān)白地雷北京大學(xué)生物系與生產(chǎn)廠聯(lián)合攻關(guān)白地雷核酸生產(chǎn)工藝的試驗核酸生產(chǎn)工藝的試驗, 第一批研究采用第一批研究采用L9 (34 ) 正正交試驗。交試驗。因素水

4、平白地雷核酸含量（）腌制時間（小時）加熱時pH值1237.48.46.224404.86.09.0加水量1:41:31:2因素水平表A.試驗?zāi)康模涸瓉砩a(chǎn)中核酸的試驗?zāi)康模涸瓉砩a(chǎn)中核酸的得率太低得率太低，成本成本太高太高，甚至造成虧損。試驗?zāi)康氖翘岣吆?，尋，甚至造成虧損。試驗?zāi)康氖翘岣吆?，尋找好的工藝條件。找好的工藝條件。B.試驗方案及分析結(jié)果列號試驗號123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )156.1108.2113.236.137.715.915.9128.4116.3132.642.838.844.25.4127.3131.1118.942.44

5、3.739.64.1143.7127.5106.247.942.535.412.5試驗指標(biāo)1217.812.26.28.04.54.18.57.34.429.841.359.924.350.658.230.920.473.459.451.245.532.236.639.436.828.547.7綜合評分1 核酸泥純度（）2 純核酸回收率（）試驗方案及結(jié)果分析表分?jǐn)?shù)2.5純度0.5回收率2.517.8+0.529.8=59.4C.試驗結(jié)果分析方法（綜合評分法） 評分理由：在本例兩個指標(biāo)中，即核酸純度（%）及純核酸回收率（%），純度越高越好，回收率也是越高越好，但是比較起來，純度更重要。 根據(jù)經(jīng)驗

6、，提高1%的純度相當(dāng)于回收度提高5%?；蛘哒f，純度：回收度=51。故用“純度2.5+回收度0.5”作為總分。因為2.50.5=51。也可用“純度5+回收率1”作為總分。 綜合評分的分?jǐn)?shù)2.5純度0.5回收率D.試驗結(jié)果極差計算與分析 K1A = x1 + x2 + x3 = 59.4+51.2+45.5=156.1 k1A = K1A/3=156.1/3=52.03 K2A = x4 + x5+ x6 =32.2+36.6+39.4=108.2 k2A = K2A/3=108.2/3=36.1 K3A = x7 + x8+ x9 = 36.8+28.5+47.7=113.2 k3A = K3A

7、/3=113.2/3=37.3E.最優(yōu)條件選擇50454035 A3 A2 A1 B3 B2 B1 C3 C2 C1 D3 D2 D1因素指標(biāo)指標(biāo)（得分）因素圖因素水平白地雷核酸含量（）腌制時間（小時）加熱時pH值1237.48.46.224404.86.09.0加水量1:41:31:2最優(yōu)條件：A1B3C2D1 從圖上和表上的極差都可以看出，因素的主次： 所以，A取A1，D取D1，PH值選取便于操作的水平C2，B取B3，故，最優(yōu)條件為：A1B3C2D1 事實上，試驗結(jié)果也證明，上述最優(yōu)條件效果很好。投產(chǎn)后核酸質(zhì)量得到顯著提高，做到了不經(jīng)提純一次可以入庫。ADBC主次正交設(shè)計助手極差分析 極差

8、分析指標(biāo)因素圖方法二.綜合平衡法 （1）綜合平衡法的基本思路（a）先對各個指標(biāo)（單指標(biāo)）進(jìn)行分析，找出每指標(biāo)的影響因素主次順序和最佳水平組合（最優(yōu)生產(chǎn)條件）。（b）根據(jù)理論知識和實際經(jīng)驗，對各指標(biāo)的分析結(jié)果（最優(yōu)條件）進(jìn)行綜合比較和分析，得出較優(yōu)方案，即：兼顧每個指標(biāo)都盡可能好的條件。（2）. 綜合平衡法的特點（3）應(yīng)用實例 例32 液體葡萄糖生產(chǎn)工藝最佳條件選取試驗?zāi)康模荷a(chǎn)中存在的主要問題是出率低，質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)過問題分析，認(rèn)為影響出率、質(zhì)量的關(guān)鍵在于調(diào)粉、糖化這兩個工段，決定將其它工段的條件固定，對調(diào)粉、糖化的工藝條件進(jìn)行探索。 （1）出率：越高越好 （2）總還原糖：在3240之間 （3

9、）明度：比濁度越小越好，不得大于300mg/l （4）色澤：比色度越小越好，不得大于20ml。因素水平A粉漿濃度（Be）B粉漿酸度（PH）C穩(wěn)壓時間（分）1231618201.52.02.50510D工作壓力（kg/cm）2.22.73.2因素水平表產(chǎn)量還原糖明度色澤指標(biāo) 四個因素對四個指標(biāo)的主次關(guān)系為：四個因素對四個指標(biāo)的主次關(guān)系為： 產(chǎn)量：產(chǎn)量： DCA B 還原糖：還原糖：BDAC 明度：明度： ABCD 色澤：色澤： BACD 分析順序確定（分析順序確定（BADC）主 次B對還原糖和色澤影響均最大，應(yīng)首先分析；A對明度影響最大，對色澤影響較大，次要分析；然后是D、Cif權(quán)重：權(quán)重： 8

10、 4 2 1則：則： A16、B21、C9、D14分析順序：分析順序：BADC 綜合考察四個指標(biāo)，還原糖含量要求在3240之間，從趨勢及因素主次知道B的影響最重要，取1.5和2.5都不行，只有選2.0最合適。B取B2最好。 從色澤來看，B最重要，而且仍然以B2最好； 從明度來看，B為次要因素，但也仍以B2為好； 因此可確定B2是最優(yōu)水平。 粉漿濃度A對產(chǎn)量影響很大，取A1最好。但對于明度來說，取A1時大于300不合適，濃度A2時比A1略低一些，但其它指標(biāo)，除色澤外，都能達(dá)到要求。因此粉漿濃度定位A2。 工作壓力對產(chǎn)量影響最大，取D3最好。但它的色澤不好，用2.7產(chǎn)量會低一些，但其余指標(biāo)都還比較

11、好，因此確定為D2。 穩(wěn)壓時間對四個指標(biāo)來說，對產(chǎn)量影響最大，對還原糖沒有什么影響，對明度、色澤影響也不大，照顧產(chǎn)量應(yīng)選C25分鐘。但此時色澤、明度都不好，考慮將時間延長一些，定為57分鐘。 最后得出最優(yōu)條件為：A2 B2 C2 D2 事實上，結(jié)果證明采用后各項指標(biāo)都有明顯提高。列號試驗號123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )3266325731201088.71085.7104048.73125325832331050.710861077.735.331743308316110581102.71053.74930393216331810131070112

12、9.3116試驗結(jié)果產(chǎn)量（斤）99611351135115410241079100210991019試驗方案及結(jié)果計算表-111301110107010401010 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素產(chǎn)量（斤）指標(biāo)因素圖-1列號試驗號123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )112109.813337.336.337.71.4126.4117.291.242.139.130.411.7112.4111.8110.637.537.336.90.6108.811211436.337.3381.7試驗結(jié)果還原糖（）41.639

13、.43142.437.230.242.440.630試驗方案及結(jié)果計算表-2返回42383430 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素還原糖含量（）指標(biāo)因素圖-2列號試驗號123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 ) 130 525 525 433.3 175 175258.3 825 625 900 275 208.3 30091.7 800 800 650 266.7 300 216.783.3 925 725 700 308.3 241.7 233.375試驗結(jié)果明度（mg/l）近 500近 400近 400 200

14、125近 200 125 100 300試驗方案及結(jié)果計算表-3返回450390330270210150 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3因素明度（mg）指標(biāo)因素圖-3返回列號試驗號123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )4580801526.726.811.76050952016.731.7156080652026.721.76.770607523.320255試驗結(jié)果色澤（ml）101025 30近 20近 30近 20 20ECDFBif權(quán)重： 32 16 8 4 2 1則： A48、B3、C24、D6、E33、F

15、4分析順序：AECDFB 電沉積的最佳工藝水平: 鍍速:E5A5C4D2F5B4 光亮度:A4C5(B4D2F2)E4 分析順序：AECDFB 綜合兩個指標(biāo)后,得出最佳工藝水平為: A4B4C4D2E5F4 A4B4C4D2E5F5亦可 確定電沉積光亮鎳鐵合金的最佳配方及工藝條件為: 硫酸鎳:NiSO47H2O: 25g/l 硫酸亞鐵:FeSO47H2O: 3-5g/l 硼酸: H3BO3: 9g/l 溫度：50 PH值：3.84.2 電流密度：3.5A/dm2指標(biāo)因素圖-A鍍速光亮度返回最優(yōu)條件：A4因素A對鍍速和光亮度都重要指標(biāo)因素圖-B鍍速光亮度返回最優(yōu)條件：B4因素B對鍍速和光亮度都不重要指標(biāo)因素圖-C鍍速光亮度最優(yōu)條件：C4因素C對鍍速和光亮度都重要指標(biāo)因素圖-D鍍速光亮度返回最優(yōu)條件：D2因素D對鍍速和光亮度在同一點出現(xiàn)最優(yōu)指標(biāo)因素圖-E鍍速光亮度返回最優(yōu)條件：E5因素E對鍍速重要，對光亮度不重要指標(biāo)因素圖-F鍍速光亮度返回最優(yōu)條件：F4/F5因素F對鍍速和光亮度都不太重要方法三：排隊打分法 （1）排隊打分法基本思路 源于國際貨幣基金組織用于評價各個國家競爭能力大小的一種方法。 根據(jù)試驗結(jié)果，綜合全部指標(biāo)，按效果的優(yōu)劣（好壞），進(jìn)行排隊打分。正（正效應(yīng)）指標(biāo)從大