试验分析与设计.pdf

实验设计与分析 朱 昌 明 机械与动力工程学院 实验设计与分析 参考书目： 1、Douglas C.Montgomery 著 汪仁官等译， 《实验设计与分析》中国统计出版社，1998 2、C.F.Jeff WU Michael Hamada 著 张润楚等译， 《试验设计与分析及参数优化》中国统计出版社，2003 3、《正交试验设计法》－多因素试验方法，上海科技出 版社 4、试验设计与数据处理，冶金出版社 5、试验优化技术，机械工业出版社 2 实验设计与分析 第0 章 绪 论 长期以来在实验领域中，特别是对于多因素试验，传统的试验方法往往只能被动地处理 试验数据，而对试验方案及试验过程的优化，常常显得无能为力。这不仅造成盲目地增加试 验次数，而且往往不能提供充分可靠的信息，以致达不到预期的目的，造成人力、物力和时 间的大量浪费。近代创立和发展起来的试验设计及优化技术，将优化思想和要求贯穿于试验 的全过程，从此试验才真正走上了科学的轨道，使试验领域发生了深刻的变化，也有力地促 进了现代优化技术地发展。 什么是实验设计？实验是研究者在各个实际的研究领域中进行的，通常是要发现关于一 个特定过程或系统的某些规律或特性。一个设计的实验是一个试验或一系列试验，它对一个 过程或系统的输入变量作一些有目的性的改变，以便能观察和识别出引起响应变化的缘由。 所研究的过程或系统可用图0 －1 所示的模型来表示。过程可以形象地看作为机器、方法 、 人以及其他资源地组合，它把一些输入转变为有一个或多个可观察的响应的一种输出。过程 的一些变量x (i 1,2,...p ) 是可控的，另一些变量z ( j 1,2,...q ) 是不可控的。实验的目的 i j y 包括：确定哪些变量对响应最有影响；确定有影响的x 设置在何处可使 几何总是接近于所 期望的值；确定有影响的x 设置在何处使得不可控制的变量 的效应最小。实验设计方法 z j 在科研和工程领域中起了重要作用，目标是开发一种稳健的工序，使之受外部（z ）的变异 性来源影响最小。 在任何实验中能否得出正确的结果和结论，在很大程度上依赖于收集数据的方法。 可控的因素x 输出y 输入 过 程 不可控因素z 图 0 －1 过程或系统的一般模型 3 实验设计与分析 0.1 实验设计的应用 现代科技的发展离不开实验分析，现代实验不单是通过观察现象和测试数据来验证假 设，更重要的是现代科技创新和发明的重要手段。所有理论分析不能解决的问题均可利用实 验的手段去摸索，特别是在工程领域内。科研是很注重实际应用效果，无论是对零件、部件 和整机的结构、性能研究，还是对新配方、新工艺的探索，实验都是必须的手段。几乎没有 一项应用研究成果是不需要实验分析和实验论证的。 要实验，就要进行设计，要用科学的方法进行实验。实验设计方法已在很多学科中得 到广泛的应用。 实验设计在改进制造过程的性能方面起了重要的作用。在早期的应用实验设计方