第三章多指標(biāo)問題及正交表在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的靈活運(yùn)用(第一節(jié))

1、第三章 多指標(biāo)問題及正交表在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的靈活運(yùn)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(yàn)。本章著重水平數(shù)相同的多因素試驗(yàn)。本章著重討論因素水平數(shù)不完全相同時(shí)，怎樣討論因素水平數(shù)不完全相同時(shí)，怎樣靈活運(yùn)用正交表來進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。靈活運(yùn)用正交表來進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。 第一節(jié) 多指標(biāo)問題的處理 實(shí)際科研和生產(chǎn)中，用來衡量試驗(yàn)效果的指標(biāo)往往不止一個(gè)，而是多個(gè)，這類試驗(yàn)叫做多指標(biāo)試驗(yàn)，而在各個(gè)指標(biāo)之間又可能存在一定的矛盾。 單指標(biāo)試驗(yàn)多指標(biāo)試驗(yàn)衡量試驗(yàn)效果的指標(biāo)只有一個(gè)衡量試驗(yàn)效果的指衡量試驗(yàn)效果的指標(biāo)有多個(gè)標(biāo)有多個(gè)科學(xué)試驗(yàn)一.多指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的難點(diǎn)與方法1.多指標(biāo)試驗(yàn)

2、數(shù)據(jù)處理的難點(diǎn) 多個(gè)指標(biāo)之間可能存在一定的矛盾，這時(shí)需要兼顧各個(gè)指標(biāo)，尋找使得每個(gè)指標(biāo)都盡可能好的生產(chǎn)條件。如：真空鍍膜試驗(yàn)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(shí)例1，真空鍍膜試驗(yàn)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(shí)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(píng)分法綜合平衡法排隊(duì)評(píng)分法在對(duì)各個(gè)指標(biāo)逐個(gè)測(cè)定后，按照由具體情況確定的原則，對(duì)各個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)分，將多個(gè)指標(biāo)綜合為單指標(biāo)。將各個(gè)指標(biāo)的最優(yōu)條件綜合平衡，找出兼顧每個(gè)指標(biāo)都盡可能好的條件。綜合各個(gè)指標(biāo)，按效果好壞，進(jìn)行排隊(duì)打分。這也是將多個(gè)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(píng)分法 （1）綜合評(píng)分法基本思路 在對(duì)各個(gè)指標(biāo)逐個(gè)測(cè)定后，按照由具體情況確定的原則，對(duì)各個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)分（影響系數(shù)，權(quán)值），將多個(gè)指標(biāo)綜合為單指標(biāo)。（2）. 綜合評(píng)分法的關(guān)鍵與特點(diǎn) （a）綜合評(píng)分法關(guān)鍵：在于評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)要合理。 （b）特點(diǎn)： 第一： 結(jié)果分析的可靠性，主要取決于評(píng)分合理性。 第二：引入權(quán)值（影響系數(shù)）區(qū)分各個(gè)指標(biāo)的重要程度，綜合評(píng)分法也稱加權(quán)評(píng)分法。（3）應(yīng)用實(shí)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(yàn)核酸生產(chǎn)工藝的試驗(yàn), 第一批研究采用第一批研究采用L9 (34 ) 正正交試驗(yàn)。交試驗(yàn)。因素水

4、平白地雷核酸含量（）腌制時(shí)間（小時(shí)）加熱時(shí)pH值1237.48.46.224404.86.09.0加水量1:41:31:2因素水平表A.試驗(yàn)?zāi)康模涸瓉砩a(chǎn)中核酸的試驗(yàn)?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(yàn)?zāi)康氖翘岣吆浚瑢?，甚至造成虧損。試驗(yàn)?zāi)康氖翘岣吆?，尋找好的工藝條件。找好的工藝條件。B.試驗(yàn)方案及分析結(jié)果列號(hào)試驗(yàn)號(hào)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(yàn)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(píng)分1 核酸泥純度（）2 純核酸回收率（）試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果分析方法（綜合評(píng)分法） 評(píng)分理由：在本例兩個(gè)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(yàn)

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?yàn)?.50.5=51。也可用“純度5+回收率1”作為總分。 綜合評(píng)分的分?jǐn)?shù)2.5純度0.5回收率D.試驗(yàn)結(jié)果極差計(jì)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(shí)間（小時(shí)）加熱時(shí)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(shí)上，試驗(yàn)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(jì)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(duì)各個(gè)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(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(gè)指標(biāo)都盡可能好的條件。（2）. 綜合平衡法的特點(diǎn)（3）應(yīng)用實(shí)例 例32 液體葡萄糖生產(chǎn)工藝最佳條件選取試驗(yàn)?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(gè)工段，決定將其它工段的條件固定，對(duì)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(shí)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(gè)因素對(duì)四個(gè)指標(biāo)的主次關(guān)系為：四個(gè)因素對(duì)四個(gè)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(duì)還原糖和色澤影響均最大，應(yīng)首先分析；A對(duì)明度影響最大，對(duì)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(gè)指標(biāo)，還原糖含量要求在3240之間，從趨勢(shì)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(duì)產(chǎn)量影響很大，取A1最好。但對(duì)于明度來說，取A1時(shí)大于300不合適，濃度A2時(shí)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(duì)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(huì)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(shí)間對(duì)四個(gè)指標(biāo)來說，對(duì)產(chǎn)量影響最大，對(duì)還原糖沒有什么影響，對(duì)明度、色澤影響也不大，照顧產(chǎn)量應(yīng)選C25分鐘。但此時(shí)色澤、明度都不好，考慮將時(shí)間延長(zhǎng)一些，定為57分鐘。 最后得出最優(yōu)條件為：A2 B2 C2 D2 事實(shí)上，結(jié)果證明采用后各項(xiàng)指標(biāo)都有明顯提高。列號(hào)試驗(yàn)號(hào)123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )3266325731201088.71085.7104048.73125325832331050.710861077.735.331743308316110581102.71053.74930393216331810131070112

12、9.3116試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)量（斤）99611351135115410241079100210991019試驗(yàn)方案及結(jié)果計(jì)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(hào)試驗(yàn)號(hào)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(yàn)結(jié)果還原糖（）41.639

13、.43142.437.230.242.440.630試驗(yàn)方案及結(jié)果計(jì)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(hào)試驗(yàn)號(hào)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(yàn)結(jié)果明度（mg/l）近 500近 400近 400 200

14、125近 200 125 100 300試驗(yàn)方案及結(jié)果計(jì)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(hào)試驗(yàn)號(hào)123456789K1K2K3k1k2k3RA1B1C3D4L9 (34 )4580801526.726.811.76050952016.731.7156080652026.721.76.770607523.320255試驗(yàn)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)鍍速和光亮度在同一點(diǎn)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(duì)鍍速重要，對(duì)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(duì)鍍速和光亮度都不太重要方法三：排隊(duì)打分法 （1）排隊(duì)打分法基本思路 源于國(guó)際貨幣基金組織用于評(píng)價(jià)各個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)能力大小的一種方法。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合全部指標(biāo)，按效果的優(yōu)劣（好壞），進(jìn)行排隊(duì)打分。正（正效應(yīng)）指標(biāo)從大