正交試驗設(shè)計的基本程序

正交試驗設(shè)計的基本程序《高性能混凝土試驗與檢測》課程學(xué)習(xí)情境2:高性能混凝土拌合物性能檢測及配合比設(shè)計

主講人：高妮

正交試驗設(shè)計的基本程序

對于多因素試驗，正交試驗設(shè)計是簡單常用的一種試驗設(shè)計方法，其設(shè)計基本程序如圖所示。正交試驗設(shè)計的基本程序包括試驗方案設(shè)計及試驗結(jié)果分析兩部分。

1試驗方案設(shè)計（1）明確試驗?zāi)康?，確定試驗指標(biāo)試驗設(shè)計前必須明確試驗?zāi)康?，即本次試驗要解決什么問題。試驗?zāi)康拇_定后，對試驗結(jié)果如何衡量，即需要確定出試驗指標(biāo)。試驗指標(biāo)可為定量指標(biāo)，也可為定性指標(biāo)。表頭設(shè)計試驗?zāi)康呐c要求試驗指標(biāo)選因素、定水平因素、水平確定選擇合適正交表列試驗方案試驗結(jié)果分析試驗方案設(shè)計流程進(jìn)行試驗，記錄試驗結(jié)果試驗結(jié)果極差分析計算K值計算k值計算極差R繪制因素指標(biāo)趨勢圖優(yōu)水平因素主次順序優(yōu)組合結(jié)論試驗結(jié)果分析：試驗結(jié)果方差分析列方差分析表，進(jìn)行F檢驗計算各列偏差平方和、自由度分析檢驗結(jié)果，寫出結(jié)論

一般為了便于試驗結(jié)果的分析，定性指標(biāo)可按相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)打分或模糊數(shù)學(xué)處理進(jìn)行數(shù)量化，將定性指標(biāo)定量化。（2）選因素、定水平，列因素水平表根據(jù)專業(yè)知識、以往的研究結(jié)論和經(jīng)驗，從影響試驗指標(biāo)的諸多因素中，通過因果分析篩選出需要考察的試驗因素。一般確定試驗因素時，應(yīng)以對試驗指標(biāo)影響大的因素、尚未考察過的因素、尚未完全掌握其規(guī)律的因素為先。試驗因素選定后，根據(jù)所掌握的信息資料和相關(guān)知識，確定每個因素的水平，一般以2-4個水平為宜。對主要考察的試驗因素，可以多取水平，但不宜過多（≤6），否則試驗次數(shù)驟增。因素的水平間距，應(yīng)根據(jù)專業(yè)知識和已有的資料，盡可能把水平值取在理想?yún)^(qū)域。

四因素、三水平的試驗因素水平表3水平試驗因素ABCD1

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正交表的選擇是正交試驗設(shè)計的首要問題。確定了因素及其水平后，根據(jù)因素、水平及需要考察的交互作用的多少來選擇合適的正交表。正交表的選擇原則是在能夠安排下試驗因素和交互作用的前提下，盡可能選用較小的正交表，以減少試驗次數(shù)。一般情況下，試驗因素的水平數(shù)應(yīng)等于正交表中的水平數(shù)；因素個數(shù)（包括交互作用）應(yīng)不大于正交表的列數(shù)；最低的試驗次數(shù)(行數(shù))＝Σ(每列水平數(shù)一1)+l（3）選擇合適的正交表La（bc）正交設(shè)計試驗總次數(shù)，行數(shù)因素水平數(shù)因素個數(shù)，列數(shù)等水平正交表

La（bc）例：選擇一4個3水平因素試驗的正交表可以選用L9(34)或L27(313)

（A）不考察因素間的交互作用，宜選用L9（34）。（B）考察交互作用，則應(yīng)選用L27(313)。課堂練習(xí)：選擇一5個3水平因子及一個2水平因子試驗的正交表

L12(2×35)

表頭設(shè)計，就是把試驗因素和要考察的交互作用分別安排到正交表的各列中去的過程。在不考察交互作用時，各因素可隨機安排在各列上；若考察交互作用，就應(yīng)按所選正交表的交互作用列表安排各因素與交互作用，以防止設(shè)計“混雜”。例：不考察交互作用，可將因素(A)、(B)和(C)、（D）依次安排在L9(34)的第1、2、3、4列上，見下表所示。（4）表頭設(shè)計列號1234因素ABCD表頭設(shè)計

把正交表中安排各因素的列（不包含欲考察的交互作用列）中的每個水平數(shù)字換成該因素的實際水平值，便形成了下表中的正交試驗方案。

下表說明：試驗號并非試驗順序，為了排除誤差干擾，試驗中可隨機進(jìn)行；安排試驗方案時，部分因素的水平可采用隨機安排。（5）編制試驗方案，按方案進(jìn)行試驗，記錄試驗結(jié)果。試驗方案及試驗結(jié)果表試驗號因素試驗結(jié)果ABCD111