實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理課程的性質(zhì)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方法是一門(mén)通用技術(shù)，是當(dāng)代科技和工程技術(shù)人員必須掌握的方法討論實(shí)驗(yàn)工作的設(shè)計(jì)方法、分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理、分析化學(xué)質(zhì)量控制方法，以及誤差理論等課程的任務(wù)：熟悉并掌握近代最常用、最有效的幾種優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的基本原理及其應(yīng)用。熟練掌握并應(yīng)用幾種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)處理方法什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（Designofexperiments,DOE）？也稱試驗(yàn)設(shè)計(jì)，是把數(shù)學(xué)上優(yōu)化理論、技術(shù)應(yīng)用于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，科學(xué)的安排試驗(yàn)、處理試驗(yàn)結(jié)果的方法，以達(dá)到最好的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程的依據(jù)，是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的前提，也是提高科研成果質(zhì)量的一個(gè)重要保證一個(gè)科學(xué)而完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，能夠合理地安排各種實(shí)驗(yàn)因素，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)誤差，有效分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而用到較少人力、物力和時(shí)間，最大限度地獲得豐富而可靠的資料目的：為了揭示尚未完全認(rèn)識(shí)的事物，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生與發(fā)展的規(guī)律，以完成工程或科研任務(wù)，具有很強(qiáng)的探索性。又稱為探索性實(shí)驗(yàn)。要求：1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_2.編寫(xiě)切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)大綱3.準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及實(shí)施步驟4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理并不是兩件相互獨(dú)立的事情，往往是互為條件的，即數(shù)據(jù)處理的方法在一定程度上要求相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，反過(guò)來(lái)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)又在一定程度上要求采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法。因此，一項(xiàng)好的實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括以下四個(gè)過(guò)程：

1．根據(jù)數(shù)據(jù)處理（分析）的方法確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；2．試驗(yàn)設(shè)計(jì)：依靠專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的目的，確定所要考察的因素及其變動(dòng)范圍，然后，制定出合理的具體試驗(yàn)方案；3．試驗(yàn)方案的實(shí)施：根據(jù)具體的試驗(yàn)方案，進(jìn)行試驗(yàn)，取得必要的數(shù)據(jù)結(jié)果；4．試驗(yàn)結(jié)果的分析：對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定因素的主次和因素的最佳水平，即確定最優(yōu)方案。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的歷史進(jìn)程1925年，由于農(nóng)業(yè)試驗(yàn)的需要,英國(guó)的費(fèi)歇爾最早提出“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的概念；1935年出版了《TheDesignofExperiments》，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析方面做出了一系列先驅(qū)工作，從此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成為統(tǒng)計(jì)科學(xué)的一個(gè)分支30年代到40年代,英國(guó)、美國(guó)以及前蘇聯(lián)等國(guó)家都對(duì)此進(jìn)行了研究，并把這種方法逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，在采礦、冶金、建筑、紡織、機(jī)械、醫(yī)藥等行業(yè)都有所應(yīng)用，第二次世界大戰(zhàn)期間，英國(guó)、美國(guó)采用這種方法在工業(yè)生產(chǎn)中取得了顯著效果?！鲭S后，F(xiàn).Yates,R.C.Bose,O.Kempthome,W.G.Cochran,D.R.Cox和G.E.P.Box對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都作出了杰出的貢獻(xiàn)，使該分支在理論上日趨完善，在應(yīng)用上日趨廣泛。■1952年，日本統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口玄一創(chuàng)造了正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，在方法解說(shuō)方面深入淺出為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的更廣泛使用作出了眾所周知的貢獻(xiàn)。我國(guó)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展

■60末期代，華羅庚教授在我國(guó)倡導(dǎo)與普及的“優(yōu)選法”，如黃金分割法、分?jǐn)?shù)法和斐波那契數(shù)列法等。■數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)者在工業(yè)部門(mén)中普及“正交設(shè)計(jì)”法。■70年代中期，優(yōu)選法在全國(guó)各行各業(yè)取得明顯成效。

■1978年，七機(jī)部由于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的要求，提出了一個(gè)五因素的試驗(yàn)，希望每個(gè)因素的水平數(shù)要多于10，而試驗(yàn)總數(shù)又不超過(guò)50，顯然優(yōu)選法和正交設(shè)計(jì)都不能用，隨后，方開(kāi)泰教授（中國(guó)科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所）和王元院士提出“均勻設(shè)計(jì)”法，這一方法在導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中取得了成效。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的宗旨1.最大限度地提高實(shí)驗(yàn)效率盡量減少實(shí)驗(yàn)總次數(shù)，縮短實(shí)驗(yàn)周期，節(jié)約資源消耗，解決干擾問(wèn)題，達(dá)到全面客觀分析地目的。2.最大限度地提高實(shí)驗(yàn)精度實(shí)驗(yàn)精度是指實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性，即實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可信程度。途徑：a正確選擇測(cè)量裝置b運(yùn)用誤差理論加以控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)地重要性“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理”課程是關(guān)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論、知識(shí)、方法、技能，以及實(shí)驗(yàn)后獲得了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理的理論、知識(shí)、方法與技能的課程。如何科學(xué)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得研究觀測(cè)對(duì)象的變化規(guī)律，達(dá)到各種實(shí)用的目的是每個(gè)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的人員需要解決的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)及科學(xué)研究中能發(fā)揮重要的作用，例如：

■提高產(chǎn)量■減少質(zhì)量的波動(dòng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量水準(zhǔn)■大大縮短新產(chǎn)品試驗(yàn)周期■降低成本 ■延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命多用在化工、電子、材料、建工、建材、石油、冶金、機(jī)械、交通、電力……實(shí)驗(yàn)研究的特點(diǎn)（1）能有效地控制誤差，節(jié)省人、財(cái)、物力，提高效率。

（2）研究者能人為地設(shè)置處理因素。

（3）受試對(duì)象接受何種處理及處理因素的水平是隨機(jī)分配的。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要素處理因素受試對(duì)象實(shí)驗(yàn)效應(yīng)1.對(duì)照原則：空白對(duì)照，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照、實(shí)驗(yàn)對(duì)照、自身對(duì)照和歷史對(duì)照2.重復(fù)原則：即研究對(duì)象要有一定的數(shù)量，或者說(shuō)樣本含量應(yīng)足夠。

3.隨機(jī)化原則:即應(yīng)保證每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象都有同等機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)或接受某種處理。

4.區(qū)組原則:即各處理組非實(shí)驗(yàn)因素的條件基本一致，以消除其影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則化工實(shí)驗(yàn)的類型一、物理或物理化學(xué)研究二、產(chǎn)品、原料等的常規(guī)分析系統(tǒng)誤差三、材料實(shí)驗(yàn)隨機(jī)誤差四、化工過(guò)程的實(shí)驗(yàn)室研究五、化工廠操作和生產(chǎn)過(guò)程的控制、研究1誤差和數(shù)據(jù)處理2有限數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理3方差分析4回歸分析5正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)6均勻設(shè)計(jì)7序貫設(shè)計(jì)8回歸設(shè)計(jì)教授內(nèi)容：參考書(shū)何少華，文竹青，婁濤編著。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理。長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2002田勝元，蕭日榮編著.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理。中國(guó)建筑工業(yè)出