實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理

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,*,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,*,實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理,第一章 概論,一、,實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理,課程的目的、意義,任何自然科學(xué)都離不開實驗，大多數(shù)學(xué)科（化工、化學(xué)、輕工、材料、環(huán)境、醫(yī)藥、熱工等）中的概念、原理和規(guī)律大多由實驗推導(dǎo)和論證的如最佳的配方、工藝條件，產(chǎn)品性能的優(yōu)化，對產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量作出評價等實驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理,”,課程是以概率論數(shù)理統(tǒng)計、專業(yè)技術(shù)知識和實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)、科學(xué)地安排試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，最終達(dá)到減少試驗次數(shù)、縮短試驗周期、迅速找到優(yōu)化方案的一種科學(xué)計算方法它主要應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究過程中的科學(xué)試驗，是產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量管理和科學(xué)研究的重要工具和方法通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基本原理，并能針對實際問題正確地運用學(xué)好本課程，為將來從事各專業(yè)科學(xué)研究打下基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,道路,橋梁,工業(yè)產(chǎn)品,（一）實驗的分類,驗證性實驗,：對已知的理論進(jìn)行驗證，以加深對理論的認(rèn)識,探索性實驗,：為了揭示尚未完全認(rèn)識的事物，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生與發(fā)展的規(guī)律，以完成工程與科研任務(wù)，具有很強(qiáng)的探索性 （工程中經(jīng)常碰到）,（二）實驗過程,實驗準(zhǔn)備實驗實驗數(shù)據(jù)分析處理,1,實驗準(zhǔn)備,提出問題，弄清實驗?zāi)繕?biāo),設(shè)計實驗方案（實驗設(shè)計）,擬訂實驗大綱,實驗設(shè)備、測試儀器的準(zhǔn)備,2,實驗,（,1,）測試,（,2,）記錄,3,實驗數(shù)據(jù)的分析、處理,通過一定的方法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，去偽存真，提煉出我們需要的信息，以發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律。

4,提交實驗報告或科研報告,二、主要內(nèi)容,1,實驗設(shè)計,單因素實驗設(shè)計（均分法，對分法，,0.618,法，分?jǐn)?shù)法）,雙因素實驗設(shè)計,多因素實驗設(shè)計（正交實驗設(shè)計）,2,數(shù)據(jù)處理,實驗誤差分析,實驗數(shù)據(jù)整理,實驗數(shù)據(jù)分析（直觀分析法、方差分析、回歸分析）,參考文獻(xiàn),鄭少華、姜奉華,試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理,，中國建材工業(yè)出版社，,2004,年,3,月第,1,版，,51.727/Z429,（適合材料科學(xué)與工程、化工、機(jī)械、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等專業(yè)）,方萍、何延,試驗設(shè)計與統(tǒng)計,，浙江大學(xué)出版社，,2003,年,6,月第,1,版,（適合環(huán)境與資源相關(guān)專業(yè)、生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)學(xué)）,美,Douglas C.Montgomery,著,實驗設(shè)計與分析,中國統(tǒng)計出版社，,1998,年,6,月第,1,版（電工等專業(yè) ）,楊德,試驗設(shè)計與分析,，中國農(nóng)業(yè)出版社,王萬中,試驗的設(shè)計與分析,，高等教育出版社,第二章 實驗設(shè)計,第一節(jié) 概 論,實驗設(shè)計,是指為節(jié)省人力、財力、迅速找到最佳條件，揭示事物內(nèi)在規(guī)律，根據(jù)實驗中不同問題，在實驗前利用數(shù)學(xué)原理科學(xué)編排實驗的過程以概率論與數(shù)理統(tǒng)計學(xué)為理論基礎(chǔ)，為獲得可靠試驗結(jié)果和有用信息，科學(xué)安排試驗的一種方法論，亦是研究如何高效而經(jīng)濟(jì)地獲取所需要的數(shù)據(jù)與信息的方法。

正確的實驗設(shè)計不僅節(jié)省人力，物力和時間，并且是得到可信的實驗結(jié)果的重要保證即,經(jīng)過設(shè)計的實驗，效果大大提高，與不經(jīng)過設(shè)計的實驗相比，情況大不相同廣義上說，實驗設(shè)計包括明確實驗?zāi)康?，確定測定參數(shù)，確定需要控制或改變的條件，選擇實驗方法和測試儀器，確定實測精度要求，實驗方案設(shè)計和數(shù)據(jù)處理步驟等1,實驗設(shè)計的發(fā)展過程,20,世紀(jì)初：英國生物統(tǒng)計學(xué)家費歇爾（,1890-1962,）首次提出了,“,試驗設(shè)計,”,術(shù)語實驗設(shè)計方法最早應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、生物學(xué)、遺傳學(xué)方面在農(nóng)業(yè)方面主要是進(jìn)行品種對比、施肥對比等20,世紀(jì),40,年代，英美兩國開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，如改變原料配比或工藝生產(chǎn)條件，尋找最佳工況50,、,60,年代：日本田口玄,博士創(chuàng)造了正交試驗設(shè)計法日本電訊研究所研制的,“,線形彈簧繼電器,”,，使電話機(jī)收聽效果大為改進(jìn)，為日本電訊事業(yè)的發(fā)展起到了不可估量的作用50,年代：我國中科院數(shù)學(xué)研究所,在正交實驗設(shè)計的觀點、理論和方法上有了新的創(chuàng)見，,編制了,一套較為適用的,正交表,，簡化了實驗程序和實驗結(jié)果分析方法目前，實驗設(shè)計已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域2,實驗設(shè)計的基本宗旨,最大限度地提高實驗,效率,最大限度地提高實驗,精度,3,實驗設(shè)計基本要素,指標(biāo),用來衡量試驗效果好壞的特征值。

因素,對實驗指標(biāo)有影響的原因或要素水平,因素在實驗中所處的不同狀態(tài)，可 能引起指標(biāo)的變化1,）指標(biāo),用來衡量試驗效果好壞的特征值,指標(biāo)分類：,a),定量,指標(biāo)（數(shù)量指標(biāo)，如強(qiáng)度、重量、產(chǎn)量、合格率、成活率、廢品率、轉(zhuǎn)化率等b),定性,指標(biāo)（非數(shù)量指標(biāo)，如顏色、味道、光澤等）,指標(biāo)的選擇要求：,選擇,客觀性強(qiáng),的指標(biāo)，選擇,易于量化,即經(jīng)過儀器測量而獲得的指標(biāo)；選擇,靈敏度高,的指標(biāo)，選擇,精確性強(qiáng),的參數(shù)作為指標(biāo)2,）因素,對實驗指標(biāo)有影響的原因或要素,因素也稱為因子，它是在進(jìn)行實驗時重點考察的內(nèi)容因素一般用大寫字母,ABC,來標(biāo)記，如因素,A,、因素,B,、因素,C,等因素分類：,a),可控,因素（溫度、時間、種類、濃度,）,b),不可控,因素（風(fēng)速、氣溫、,）,選擇因素的原則,a,）抓住主要因素（將影響較大的因素選入試驗）同時要考慮因素之間的交互作用b,）找出非主要因素，并使其在實驗中保持不變，以消除其干擾作用3,）,水平,因素在實驗中所處的不同狀態(tài),選擇水平的原則：,水平宜取三水平為宜,水平應(yīng)是等間隔的原則,水平是具體的,水平的選擇必須在技術(shù)上現(xiàn)實可行舉例,例,1,：某化工工程師欲研究化學(xué)反應(yīng)溫度（,60,、,70,、,80,）、反應(yīng)時間（,1h,、,1.5h,、,2h,）、催化劑用量（,2kg,、,2.5kg,、,3kg,）對產(chǎn)品產(chǎn)量（指標(biāo)）的影響，根據(jù)找出的規(guī)律，確立最佳生產(chǎn)條件。

例,2,：考察,3,種不同類型的電路對某種自動開關(guān)的響應(yīng)時間（,ms,）的影響,指標(biāo)：響應(yīng)時間 因素：電路類型,水平：,、,、,舉 例,例,3,：研究紙漿中木材濃度的分率、容器的壓強(qiáng)、煮漿時間對紙張強(qiáng)度的影響指標(biāo),：紙張強(qiáng)度,因素及水平：,紙漿中木材濃度的分率,(%)2,、,4,、,8,容器的壓強(qiáng),(kPa)400,、,500,、,650,煮漿時間,(h)3,、,4,舉 例,例,4,：直接過濾實驗中，欲考察混凝劑硫酸鋁投量，助劑聚丙烯酰胺投量，濾速對過濾周期平均出水濁度的影響實驗,指標(biāo),：過濾周期平均出水濁度,因素及水平：,混凝劑投量（,mg/L,）（,10,、,12,、,1,）,助凝劑投量（,mg/L,）（,0.08,、,0.15,、,0.30,）,濾 速（,m/h,）（,8,、,10,、,12,）,4,實驗設(shè)計方法,針對不同的具體情況，有不同的實驗設(shè)計方法單因素試驗設(shè)計,雙因素試驗設(shè)計,正交實驗設(shè)計,各種試驗方法的目的、出發(fā)點各不相同5,實驗方案設(shè)計的步驟,明確實驗?zāi)康?，確定實驗指標(biāo)挑選因素，選取水平選定實驗設(shè)計方法實驗點安排6,強(qiáng)烈推薦掌握的,幾類實驗方案設(shè)計,1)factorial design(FD),2)central composite rotatable design(CCRD),3)Doehlert matrix(DM),4)Response surface methodology(RSM),。