第三章多指标问题及正交表在试验设计中灵活运用

– 还原糖：B——D——A——C
– 明度： A——B——C——D
– 色泽： B——A——C——D
主
次
– 分析顺序确定（B>A>D>C）
✓B对还原糖和色泽影响 均最大，应首先分析； ✓A对明度影响最大，对 色泽影响较大，次要分 析； ✓然后是D、C
if权重： 8 4 2 1
则：
A16、B21、C9、D14
试验方案及结果计算表-1
2020/3/22
列号
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 R
A 1
3266 3257 3120 1088.7 1085.7 1040 48.7
B
C
1
3
L9 (34 )
3125 3258 3233 1050.7 1086 1077.7 35.3
返回
还原糖含量 （％）
42 38 34 30
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
指标－因素图-2
D1 D2 D3 因素
2020/3/22
返回
试验方案及结果计算表-3
2020/3/22
列号 A
B
C
D
试验号
1
1
3
4
1
2
3
4 5
L9 (34 )
6
7
8
9
K1 < 130 < 825 < 800 < 925
K2 < 525 < 625 < 800 < 725
K3 < 525 < 900 < 650 < 700
k1 < 433.3 < 275 < 266.7 < 308.3
k2 < 175 < 208.3 < 300 < 241.7
k3 < 175 < 300 < 216.7 < 233.3
R
258.3 91.7 83.3
返回
试验方案及结果计算表-4
列号 A
试验号
1
2020/3/22
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
45
K2
80
K3
80
k1
15
k2
26.7
k3
26.8
R
11.7
B
C
D
1
3
4
L9 (34 )
60
60
70
50
80
60
95
65
75
20
20
23.3
16.7 26.7
20
31.7 21.7
25
15
6.7
5
试验结果
色泽（ml）
L9 (34 )
128.4 116.3 132.6 42.8 38.8 44.2 5.4
127.3 131.1 118.9 42.4 43.7 39.6 4.1
143.7 127.5 106.2 47.9 42.5 35.4 12.5
17.8 29.8
59.4
12.2 41.3
51.2
6.2 59.9
50 45 40 35
A3 A2 A1
B3 B2 B1
C3 C2 C1
指标（得分）－因素图
D3 D2 D1
因素
水平
因素 白地雷核 腌制时间 酸含量（％） （小时）
1 2 3
2020/3/22
7.4
24
8.4
4
6.2
0
加热时 pH值
4.8 6.0 9.0
加水量
1:4 1:3 1:2
• 从图上和表上的极差都可以看出，因素的主次为
75
试验结果
明度（mg/l）
近 500 近 400 近 400 < 200 < 125 近 200 < 125 < 100 < 300
返回
明度 （mg）
450 390 330 270 210 150
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
指标－因素图-3
D1 D2 D3 因素
2020/3/22
1010
A1 A2 A3
B1 B2 B3
C1 C2 C3
指标－因素图-1
D1 D2 D3 因素
2020/3/22
返回
试验方案及结果计算表-2
2020/3/22
列号
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 R
A 1
112 109.8 133 37.3 36.3 37.7 11.1
最优条件：A4
镀速
光亮度
2020/3/22
指标－因素图-A
返回
因素B对镀速和光亮度都不重要
最优条件：B4
镀速
光亮度
2020/3/22
指标－因素图-B
返回
因素C对镀速和光亮度都重要
最优条件：C4
镀速
光亮度
2020/3/22
指标－因素图-C
返回
因素D对镀速和光亮度在同一点出现最优
最优条件：D2
镀速
2020/3/22
• 配方的添加剂参数
–氯化钠: 20～25g／l –柠檬酸钠: 3～4gl –糖精钠: 3g／l – “791”光亮剂: 4～6g／l –十二烷基苯磺酸钠: 0.05～0.1g／l –柠檬酸:
• 电沉积工艺
–阳极面积(Ni∶Fe): 4∶1 –阴极与阳极面积比:Cu∶Fe∶Ni为1∶2∶8 –温度:50～55℃ –时间:50min
– 试验目的：生产中存在的主要问题是出率低，质量不 稳定，经过问题分析，认为影响出率、质量的关键在 于调粉、糖化这两个工段，决定将其它工段的条件固 定，对调粉、糖化的工艺条件进行探索。
– （1）出率：越高越好 – （2）总还原糖：在32％－40％之间 – （3）明度：比浊度越小越好，不得大于300mg/l – （4）色泽：比色度越小越好，不得大于20ml。
– 试验目的：原来生产中核酸的得率太低，成本 太高，甚至造成亏损。试验目的是提高含量， 寻找好的工艺条件。
– 本例介绍由北京大学生物系与生产厂联合攻关 中的第一批L9 (34 ) 正交试验的情况。
因素－水平表
水平
因素 白地雷核 腌制时间 酸含量（％） （小时）
1
2
3
2020/3/22
7.4
24
8.4
2020/3/22
• 从上述正交实验的结果可得出六个因素 对两个指标的主次关系为:
– (1)镀速:EACDFB – (2)光亮度:AC(BDF)E
– 分析顺序：A>E>C>D>F>B
if权重： 32 16 8 4 2 1
则：
A48、B3、C24、D6、E33、F4
分析顺序：A>E>C>D>F>B
第三章多指标问题及正交表在试验设计中的灵活运用231多指标问题的处理单指标试验多指标试验衡量试验效果的指标只有一个衡量试验效果的指标有多个科学试验3多指标试验多个指标之间可能存在一定的矛盾这时需要兼顾各个指标寻找使得每个指标都尽可能好的生产条件4多指标问题处理方法综合评分法综合平衡法排队评分法在对各个指标逐个测定后按照由具体情况确定的原则对各个指标综合评分将多个指标综合为单指标
2020/3/22
因素－水平表
因素
水平
1 2 3
A 粉浆浓度 （ºBe’）
16 18 20
B 粉浆酸度 （PH）
1.5 2.0 2.5
C
D
稳压时间 工作压力
（分） （kg/cm²）
0
2.2
5
2.7
10
3.2
指标
产量
还原糖
明度
色泽
2020/3/22
前进
• 四个因素对四个指标的主次关系为：
– 产量： D——C——A ——B
2020/3/22
§3－1多指标问题的处理 科学试验
单指标试验
多指标试验
衡量试验效果的 指标只有一个
2020/3/22
衡量试验效果的 指标有多个
多指标试验
多个指标之间可能存在一定 的矛盾，这时需要兼顾各个 指标，寻找使得每个指标都
尽可能好的生产条件
2020/3/22
多指标问题处理方法
综合评分法
在对各个指标逐个 测定后，按照由具 体情况确定的原则， 对各个指标综合评 分，将多个指标综
合为单指标。
综合平衡法
将各个指标的最优 条件综合平衡，找 出兼顾每个指标都 尽可能好的条件。
排队评分法
综合各个指标，按 效果好坏，进行排 队打分。这也是将 多个指标转化为单
指标。
2020/3/22
三种方法综合应用
• 一、综合评分法
– 在对各个指标逐个测定后，按照由具体情况确 定的原则，对各个指标综合评分，将多个指标 综合为单指标。
– 此方法关键在于评分的标准要合理。 – 评分标准即权值，综合评分法也称加权评分法
。
得分=K1×第一个指标+…+Kn×第n个指标值 （K为常数）
2020/3/22
• 例3－1 白地雷核酸生产工艺的试验
• 确定电沉积光亮镍铁合金的最佳配方及工 艺条件为:
– 硫酸镍: NiSO4·7H2O: 25g/l – 硫酸亚铁:FeSO4·7H2O: 3-5g/l – 硼酸: H3BO3: 9g/l – 温度：50℃
– PH值：3.8~4.2
– 电流密度：3.5A/dm2
2020/3/22
前进 返回
因素A对镀速和光亮度都重要
B
C
1
3
L9 (34 )
126.4 117.2 91.2 42.1 39.1 30.4 11.7
112.4 111.8 110.6 37.5 37.3 36.9 0.6
D 4
108.8 112 114 36.3 37.3 38 1.7
试验结果
还原糖（％）
41.6 39.4 31 42.4 37.2 30.2 42.4 40.6 30
10 10 25 < 30 近 20 近 30 近 20 < 20 < 40
返回
色泽 （ml）
33 27 21 15
A1 A2 A3
B1 B2 D2 D3 因素
2020/3/22
返回
• 镍铁合金电镀（应用举例）
• 低盐浓度光亮镍铁合金镀液配方因素—水平表， • 实验以电沉积速度和合金光亮度为指标。
2020/3/22
前进 下页
• 电沉积的最佳工艺水平:
– 镀速:E5A5C4D2F5B4 – 光亮度:A4C5(B4D2F2)E4
• 分析顺序：A>E>C>D>F>B • 综合两个指标后,得出最佳工艺水平为:
– A4B4C4D2E5F4 – A4B4C4D2E5F5亦可
2020/3/22
前进 返回
• 粉浆浓度A对产量影响很大，取A1最好。但对于明度来 说，取A1时大于300不合适，浓度A2时比A1略低一些 ，但其它指标，除色泽外，都能达到要求。因此粉浆浓 度定位A2。
2020/3/22
前进 返回
• 工作压力对产量影响最大，取D3最好。但它的色泽不 好，用2.7产量会低一些，但其余指标都还比较好，因 此确定为D2。
2020/3/22
2020/3/22
指标因素图
• 二、综合平衡法
– （1）对各个指标进行分析，与单指标的分析 方法完全一样，找出各个指标的最优生产条件 。
– （2）将各个指标的最优生产条件综合平衡， 找出兼顾每个指标都尽可能好的条件。
2020/3/22
• 例3－2 液体葡萄糖生产工艺最佳条件选取
3174 3308 3161 1058 1102.7 1053.7
49
D 4
3039 3216 3318 1013 1070 1129.3 116
试验结果
产量（斤）
996 1135 1135 1154 1024 1079 1002 1099 1019
返回
产量 （斤）
1130
1110
1070
1040
：
ADBC
主
次
• 所以，A取A1，D取D1，PH值选取便于操作的水 平C2，B取B3，故，最优条件为：A1B3C2D1
• 事实上，试验结果也证明，上述最优条件效果很 好。投产后核酸质量得到显著提高，做到了不经 提纯一次可以入库。
2020/3/22
正交设计助手极差分析
2020/3/22
• 极差分析
45.5
8.0 24.3
32.2
4.5 50.6
36.6
4.1 58.2
39.4
8.5 30.9
36.8
7.3 20.4
28.5
4.4 73.4
47.7
1º 核酸泥纯度（％） 2ºº 纯核酸回收率（％）
2.5×17.8+0.5×29.8=59.4
极差判断因素主次：A>D>B>C
最优条件：
指标
A1B3C2D1
分析顺序：B>A>D>C
2020/3/22
前进 返回
• 综合考察四个指标，还原糖含量要求在32－40％之间， 从趋势及因素主次知道B的影响最重要，取1.5和2.5都 不行，只有选2.0最合适。B取B2最好。
– 从色泽来看，B最重要，而且仍然以B2最好； – 从明度来看，B为次要因素，但也仍以B2为好； – 因此可确定B2是最优水平。
4
6.2
0
加热时 pH值
4.8 6.0 9.0
加水量
1:4 1:3 1:2
分数＝2.5×纯度＋0.5×回收率 试验方案及结果分析
列号
试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 R
2020/3/22
A
B
C
D
试验指标
综合评分
1
1
3
4
1º
2ºº
256.1 108.2 113.2 36.1 37.7 15.9 15.9
2020/3/22
• 根据正交设计法:对配方选取六因素五水平 的正交试验表,实验以电沉积速度和合金镀 层光亮度为指标。
• Ni—Fe合金镀层的外观采用目测评分方法 来检测,其标准定为:
• 灰黑(黑点)4-发灰(麻点)5-不光亮(针孔)6-较 光亮7-光亮8-准镜面9-镜面10
2020/3/22
2020/3/22
光亮度
2020/3/22
指标－因素图-D
返回
因素E对镀速重要，对光亮度不重要
最优条件：E5
镀速
光亮度
2020/3/22
指标－因素图-E
返回
因素F对镀速和光亮度都不太重要
最优条件：F4/F5
镀速
光亮度
• 稳压时间对四个指标来说，对产量影响最大，对还原糖 没有什么影响，对明度、色泽影响也不大，照顾产量应
选C2＝5分钟。但此时色泽、明度都不好，考虑将时间 延长一些，定为5～7分钟。