DOE实验设计方法介绍

1、试脸戦针Experimental Design真教授机械工程学院工业工程系试艇跚備困銅倉1、了解弑捡戦针的槪金及套作用筑孝樣卓©素弑脸栽针*用的/I种方总3. 了解正丈弑脸该的机念和基i方X;本章主要要求Any experiment that has the flexibility to make des i red changes in the input variable of a process to observe the output response is known as experiment designThe primary goals of a design ex

2、periment are to :> Determine the variable(s) and their magnitude that influences the response.> determine the levels for these variables> determine how to manipulate these variables to control the response.定义试验设计是应用统计手法进行解决问题的方法，它在19世 纪产生于英国.最早是在农地进行试验。如“最佳肥料”的依据。逐步应用到畜牧业。试验设廿的由来个烤漆工厂，针对喷漆后

3、烤漆所使用的时间及温度各使 用一元多次实验法进行实验，以了解哪一种条件下密着性 (附着度)最好。先决条件：1、底材要一样;2、油漆要一样;3、溶剂要一样;4、粘度要一样;试验因素：1、烘烤温度;2、烘烤时间;试验设it (fl)100806040200结论：温度在130度及140度最理想100806040200I I I I I I I I I I时间102030405060708090分结论：时间在40分到60分最理想附着度-时间2000.6.1在上例中，将时间及温度以外的各条件予以固定，并将温 度及时间予二元二次法作实验。寸间温度40分50分130°CAB140°CCD

4、将尹晶分为4组:A组：130°C X 40分B组：130°C X 50分C组：140 °C X 40分D组：140°C X 50分试验设it («)在四组不同的样品中，经试验后何者 为最佳的作业条件, 即可制订为作业标 准的条件。概念:优选法是以较少的试验次数，迅速地找到生产 和科学实验的最优方案的方法。适用范围：1、怎样选取合适的配方，合适的制作过程，使产品质量最好。2、怎样在质量标准下，使产品成本最低，生产过程最快？3、已有仪器怎样调试，使其性能最好？4、在合成配方、操作条件等方面应用优选法2000.6.10.618是单因素试验役计方法，又

5、叫黄全分劃法。这种方 法是在试验施围内（a, b丿内，脅先安排两个试验点，再根据两点试验结果，翱下好点，去掉不好点所在的一段再在余下的范内寻找好点,去掉不好的点，如0.618 a2000.6.1此继续地作下去，直到找到最优点为止。1 - W = W21-W0.618 a2000.6.10.618 a2000.6.1XX2y丿0.3820.618X2X03820.618X = a + 0618(ba)X2 = a + b-X1第一点=小+ 0.618（大小）第二点 = 小+大-第一点（前一点）第一点是经过试验后匆下的好点;0.618 a2000.6.1铸铝件最佳浇铸温度的优选试验。某厂铸铝件壳体

6、废品率 高达55%,经分析认为铝水温度对此影响很大，现用0618 法优选。优选范围在690 °C 740 °C之间。第一点二 690 + 0.618(740- 690) = 721第二点=690 + 740 - 721 = 7090.618» (例)2000.6.16907097217400.6188 （例）2000.6.10.6188 （例）2000.6.1I第-点合格率低炒 第三点二 690 + 721 - 709 = 702690702709X7210.6188 （例）2000.6.10.6188 （例）2000.6.1第二点合格率低第四点=690 +709

7、 - 702 = 697690697 7027090.6188 （例）2000.6.10.6188 （例）2000.6.1第三点合格率低0.6188 （例）2000.6.10.6188 （例）2000.6.1690695 697702第五点=690 + 702-697 = 6950.6188 （例）2000.6.10.618出要求试验结果目标因数f(x)是单蜂场数，即在试验范内只有一个最优点d,其效果f (d丿最好，比d大对分法2000.6.1对分法2000.6.1或小的点都差，且距最优点d越运的试验效果越差。这个要求在大多数卖际问题中都能满足。adbx对分法也叫平分出，是单因素试验役计方由适

8、用于试验(a, b丿內，耳标因数为单调(连续或间断丿的情况下，求最优点的方出。使用条件：每做一次试验，根据结果可以决定下次试验 的方向。对分法2000.6.1毎次选取因素所在试验施围（a, b丿的中点处C做试验。计算公式：-亠尹(c + b)2毎试J验一次，试!验范围缩 小一半，重复做下去，直 到找出满意的试验点为止c对分法的作法2000.6.1某毛纺厂为解决色染不匀问题，优选起染温度，采用对分 法。具体如下。原工艺中的起染温度为40°C,升温后的最 高温度达100 °c,故试验范围先确定在4（rcioo°c。对分法（例）2000.6.1均分法是单因素试验役计方出

9、。它是在试验施围（a, b丿 内，根据精度要求和卖际情况，均匀地排开试验点，在 毎一个试验点上进行试验，并相互比较，以求的最优点 的方出。作法：如试验范围L = b-a,试验点间隔为N,贝试验点11为:n = +l= b-a +1NN均分法2000.6.1对采用新钢种的某零件逬行磨削加工，砂轮转速范围为 420转/分720转/分，拟经过试验找出能使光洁度最佳的砂 轮转速值。N = 30转/分b - a 丄720 - 420 丄N30试验转速：420, 450, 480, 510, 540, 570, 600, 630, 660, 690, 720均分法2000.6.1使用条件：这种方法的特点是

10、对所试验的范围进行“普查”， 常常应用于对目标函数的性质没有掌握或很少掌握 的情况。即假设目标函数是任意的情况，其试验精 度取决于试验点数目的多少。均分法2000.6.1双因素优选法2000.6.1如有两个因素需要考虑，一个含量是1000克到2000克, 另一个温度50006000匕。6000 °C5000 °C5500°C1500 克1000 克2000克双因素优选法2000.6.14（5）67（8）967 （8）9910 11 12 11 12® ® 12©最佳正交试验法就是利用正交表来合理安排和分析众多因素的 试验方由。它可以用

11、较少的试验次数荻得较优的结果。影响因素选择三个不同的水平全面试验次数正交试验次数434910310 = 59049正交试验的IS念2000.6.1安排任何一项试验:明确试验的目的是什么？:用什么指标来衡量考核试验的结果？:对试验指标可能有影响的因素是什么？:为了搞清楚影响的因素，应当把因素选择在哪些水平上?正交试验的IS念2000.6.1试验指标：试验需要考察的效果称为试验指标;因素：对试验指标有影响的参数称为因素;水平：因素在试验中所处的状态和条件的变化可能引起指标的波动，把因素变化的各种状态和条件 称为因素的水平。；正交表是有规律的，按顺序排成现成的表格，是正交试 验的工具，正交试验是通过

12、正交表进行的。正交表的格式与特点2000.6.1正交表的格式与特点2000.6.1正交表代号正交表横行数代表试验次数正交表列数 因素数因素水平表位级数L4(23)123试验1111212232124221正交表的格式与特点2000.6.1号 试验于、12341<1L>11212223133342123522316231273132832139d21正交表的格式与特点2000.6.1正交表(例)2000.6.1某轨枕厂试用减水剂以节约水泥。影响指标的因素有四个, 每个因素选取三个水平。考察的试验指标仅为脱模强度，已知在节约水泥 10%的条件下试用减水剂对脱模强度影响比较好, 希望通过

13、正交试验找出比较好的配方。试验目的和指标试验目的：水泥掺用减水剂以节约水泥©考核指标：轨枕脱模强度制订因素水平根据以往经验和弈料分析制订因素水平表素水灰比含砂率减水剂用量水泥用量水平、ABCD ( kg/cm2)10. 280. 270. 30%37020. 300. 280. 50%38030. 320. 290. 70%390选用正交表用 Lg(34)L9（34）1234试验詁、111112122231333421235223162312731328321393321设计试验方案正交试验表列号水灰比含砂率减水剂用量水泥用量试验矛二AVBC(%)D ( kg/cm2 )11 (0.

14、 28)1 (0. 27)1 (0. 3)1 (370)21 (0. 28)2 (0. 28)2 (0. 5)2 (280)31 (0. 28)3 (0. 29)3 (0. 7)3 (390)42 (0. 30)1 (0. 27)2 (0. 5)3 (390)52 (0. 30)2 (0. 28)3 (0. 7)1 (370)62 (0. 30)3 (0. 29)1 (0. 3)2 (280)73 (0. 32)1 (0. 27)3 (0. 7)2 (280)83 (0. 32)2 (0. 28)1 (0. 3)3 (390)93 (0. 32)3 (0. 29)2 (0. 5)1 (370)

15、正交表(例)2000.6.1进行试验，并记录计算水泥轨枕脱模强度试验分析表列号水灰比含砂率减水剂用量水泥用量试验结果ABC（%）D （ kg/cm2）（脱模强度）11（0. 28）1（0. 27）1（0. 3）1（370）33321（0. 28）2（0. 28）2（0. 5）2（280）36831（0. 28）3（0. 29）3（0. 7）3（390）36242（0. 30）1（0. 27）2（0. 5）3（390）36752（0. 30）2（0. 28）3（0. 7）1（370）33662（0. 30）3（0. 29）1（0. 3）2（280）33373（0. 32）1（0. 27）3（0.

16、 7）2（280）35883（0. 32）2（0. 28）1（0. 3）3（390）34993（0. 32）3（0. 29）2（0. 5）1（370）362K11063105810151031K21036105310971059K = 3168K31069105710561078R3358247进行分析-计算极差最好水泥轨枕脱模强度试验分析表列号水灰比含砂率减水刑用豪水泥用量试验结果ABe（%）L> ( kg/cnl2（脱模强虏)11 (O. 28)1(O. 27)1 (O 3)1<370)33321 (O. 28)2(O. 28)2 (O. 5)2<280)36831 (O

17、. 28)3(O. 29)3 (O. 7)3（390）42 (O. 30)1(O. 27)2 (O 5)3 <390)36752 (O 30)2(O. 28)3 (O. 7)1<370)33662 (O. 30)3 <O. 29)1 (O 3)2（280）33373 (O. 32)1(O. 27)3 (O 7)2（280）35883 (O. 32)2(O. 28)1 (O. 3)3（390）34993 (O. 32)3(O. 29)2 (O. 5)1<370)362K11063105810151031K = 3168K21036105310971059K31069105710561078R3358247Kl= 333 + 368 + 362 = 1063K2= 367 + 336 + 333 = 1036RA= 10691036 = 33K2= 358 + 349 + 362 = 1069进行分析R越大，说明该因素的水平变化对试验结果指标影响 越大，因而这个因素对试验指标就愈重要。在本例 中，减水剂是主要因素；主CD次AB正交表（例）2000.6.1进行分析邃取辍优方案；最优方案一般就