实验设计与数据处理

实验设计与数据处理课程的性质：实验设计与数据处理方法是一门通用技术，是当代科技和工程技术人员必须掌握的方法讨论实验工作的设计方法、分析数据的统计处理、分析化学质量控制方法，以及误差理论等课程的任务：熟悉并掌握近代最常用、最有效的几种优化试验设计方法的基本原理及其应用。熟练掌握并应用几种常见的数据处理方法什么是实验设计（Designofexperiments,DOE）？也称试验设计，是把数学上优化理论、技术应用于试验设计中，科学的安排试验、处理试验结果的方法，以达到最好的实验效果。实验设计是实验过程的依据，是实验数据处理的前提，也是提高科研成果质量的一个重要保证一个科学而完善的实验设计，能够合理地安排各种实验因素，严格控制实验误差，有效分析实验数据，从而用到较少人力、物力和时间，最大限度地获得丰富而可靠的资料目的：为了揭示尚未完全认识的事物，发现其发生与发展的规律，以完成工程或科研任务，具有很强的探索性。又称为探索性实验。要求：1.实验目的明确2.编写切实可行的实验大纲3.准确的实验操作过程及实施步骤4.实验报告实验设计与数据处理并不是两件相互独立的事情，往往是互为条件的，即数据处理的方法在一定程度上要求相应的实验设计内容，反过来，试验设计又在一定程度上要求采用相应的数据处理方法。因此，一项好的实验应包括以下四个过程：

1．根据数据处理（分析）的方法确定试验设计方法；2．试验设计：依靠专业知识和经验，根据试验的目的，确定所要考察的因素及其变动范围，然后，制定出合理的具体试验方案；3．试验方案的实施：根据具体的试验方案，进行试验，取得必要的数据结果；4．试验结果的分析：对试验结果的数据进行分析，判定因素的主次和因素的最佳水平，即确定最优方案。实验设计的历史进程1925年，由于农业试验的需要,英国的费歇尔最早提出“实验设计”的概念；1935年出版了《TheDesignofExperiments》，在试验设计和统计分析方面做出了一系列先驱工作，从此实验设计成为统计科学的一个分支30年代到40年代,英国、美国以及前苏联等国家都对此进行了研究，并把这种方法逐步推广到工业生产领域中，在采矿、冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用，第二次世界大战期间，英国、美国采用这种方法在工业生产中取得了显著效果。■随后，F.Yates,R.C.Bose,O.Kempthome,W.G.Cochran,D.R.Cox和G.E.P.Box对实验设计都作出了杰出的贡献，使该分支在理论上日趋完善，在应用上日趋广泛。■1952年，日本统计学家田口玄一创造了正交实验设计方法，在方法解说方面深入浅出为实验设计的更广泛使用作出了众所周知的贡献。我国实验设计的发展

■60末期代，华罗庚教授在我国倡导与普及的“优选法”，如黄金分割法、分数法和斐波那契数列法等。■数理统计学者在工业部门中普及“正交设计”法。■70年代中期，优选法在全国各行各业取得明显成效。

■1978年，七机部由于导弹设计的要求，提出了一个五因素的试验，希望每个因素的水平数要多于10，而试验总数又不超过50，显然优选法和正交设计都不能用，随后，方开泰教授（中国科学院应用数学研究所）和王元院士提出“均匀设计”法，这一方法在导弹设计中取得了成效。实验设计的宗旨1.最大限度地提高实验效率尽量减少实验总次数，缩短实验周期，节约资源消耗，解决干扰问题，达到全面客观分析地目的。2.最大限度地提高实验精度实验精度是指实验结论的可靠性，即实验结论的可信程度。途径：a正确选择测量装置b运用误差理论加以控制实验设计地重要性“实验设计与数据处理”课程是关于科学实验中实验前的实验设计的理论、知识、方法、技能，以及实验后获得了实验结果，对实验数据进行科学处理的理论、知识、方法与技能的课程。如何科学的设计实验，对实验所观测的数据进行分析和处理，获得研究观测对象的变化规律，达到各种实用的目的是每个需要进行实验的人员需要解决的问题。实验设计在工业生产和工程设计及科学研究中能发挥重要的作用，例如：

■提高产量■减少质量的波动，提高产品质量水准■大大缩短新产品试验周期■降低成本 ■延长产品寿命多用在化工、电子、材料、建工、建材、石油、冶金、机械、交通、电力……实验研究的特点（1）能有效地控制误差，节省人、财、物力，提高效率。

（2）研究者能人为地设置处理因素。

（3）受试对象接受何种处理及处理因素的水平是随机分配的。实验设计的基本要素处理因素受试对象实验效应1.对照原则：空白对照，标准对照、实验对照、自身对照和历史对照2.重复原则：即研究对象要有一定的数量，或者说样本含量应足够。

3.随机化原则:即应保证每个实验对象都有同等机会进入实验或接受某种处理。

4.区组原则:即各处理组非实验因素的条件基本一致，以消除其影响。实验设计的基本原则化工实验的类型一、物理或物理化学研究二、产品、原料等的常规分析系统误差三、材料实验随机误差四、化工过程的实验室研究五、化工厂操作和生产过程的控制、研究1误差和数据处理2有限数据统计处理3方差分析4回归分析5正交实验设计6均匀设计7序贯设计8回归设计教授内容：参考书何少华，文竹青，娄涛编著。试验设计与数据处理。长沙：国防科技大学出版社，2002田胜元，萧日荣编著.实验设计与数据处理。中国建筑工业出