第1章 材料科学中的试验设计与分析引言
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
《试验设计与数据处理 》
Experiment Design & Data Processing
主要内容
第1章 试验设计简介 第2章 试验误差及其传递 第3章 试验数据的整理 第4章 方差分析与析因实验
定义：将有可能影响试验指标的条件，称作因素。 举例：影响合金强度的因素有合金元素含量、淬火温度及回火 温度等。
2015年5月31日 7
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
三、水平 定义：通常把影响试验指标的因素加以控制、分组。每个分组 称为因素的水平。 举例：合金强度实验中，某合金元素的不同含量、不同的回火 温度等均为相应因素的不同水平。
2015年5月31日
3
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
1.2 实验设计与数据处理的目的
事例1：已知某化工产品的质量指标主要受配比、温度、压力 和时间4个因素的影响，现使每个因素取3个变化值，试通过 实验确定出获得最佳质量指标的生产条件。 分析： 全面试验：试验次数34=81次 若每个因素取5个变化值，试验次数54=625次 结果：试验次数繁多、试验代价高 。 问题：能否少做实验？ 如何分析实验结果?
2015年5月31日
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
1.1 实验设计与数据处理的发展概况
20世纪20年代，英国人：R.A.Fisher——方差分析 20世纪50年代，日本人：田口玄一——正交设计表格化 中国开始研究，并简化正交设计表 华罗庚——优选法 1978年，王元、方开泰——均匀设计
2015年5月31日
8
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
1.4 实验设计的基本原理
什么是实验设计？
2015年5月31日
9
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
实验是研究者在其各个研究领域进行的，通 常是要发现关于一个特定过程或系统的某些 现象和规律。
一个设计的实验是一个试验或一系列试验， 它对一个过程或系统的输入变量做一些有目 的的改变，以便能够观察到输出响应的变化 以及识别出引起输出响应变化的缘由。
2015年5月31日
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
可控制因素 x1 x2 xp … 输入
过程
… z1 z2 zq
输出
不可控制因素
图1 过程或系统的一般模型
2015年5月31日 11
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
实验的目的：
（1）确定哪些变量对响应y最有影响；
2015Байду номын сангаас5月31日
第5章 回归分析与相关分析 第6章 单因素与双因素优选法
第7章 正交试验设计 第8章 均匀设计
1
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
第1章 试验设计简介
1.1 实验设计与数据处理的发展概况 1.2 实验设计与数据处理的目的 1.3 试验设计的基本概念 1.4 实验设计的基本原理 1.5 常用试验方法介绍 1.6 实验设计指南
2015年5月31日 4
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
事例2：试确定某厂生产的灯泡的寿命。 分析： 生产的灯泡不能全部拿来做试验 问题：怎样安排试验？ 怎样分析试验结果？如何评价灯泡寿命？结论可靠 性怎样？
对策：正确的实验设计 对实验数据采取科学的方法加以处理
2015年5月31日
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
1.3 试验设计的基本概念
一、指标 定义：在试验设计中，把判断试验效果好坏所采用的标准称为 试验指标，简称为指标。 举例：在材料力学性能试验中，常把材料的强度（b，0.2） 与塑性（％，％）等作为主要的试验指标。 二、因素（或称因子）
（2）确定有影响的x变量的设置在何处可使y几乎总是
接近于希望的额定值； （3）确定有影响的x变量的设置在何处使得y的变异性 较小； （4）确定有影响的x的变量的设置在何处使得不可控
制的变量Z1，Z2，Zq的效应最小。
2015年5月31日 12
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
实验设计，广义理解是指试验研究课题设计，也就是整个 试验计划的拟定。主要包括课题的名称、试验目的，研究 依据、内容及预期达到的效果，试验方案，试验单位的选 取、重复数的确定、试验单位的分组，试验的记录项目和 要求，试 验 结 果 的 分析方法 ，经济效益或社 会 效 益 估 计 ， 已 具 备 的 条 件，需要购置的仪器设备，参加研 究人员的分工，试验时间、地点、进度安排和经费预算， 成果鉴定，学术论文撰写等内容。而狭义的理解是指试验 单位（如动物试验的畜、禽）的选取、重复数目的确定及 试验单位的分组。
2015年5月31日
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
科学的实验设计与数据处理方法的作用： 大大减少试验次数，简化数据处理过程，节省人力、物
力和时间。 通过误差分析，可以显著提高试验结果的可靠性。 可判断因素的显著性，抓住主要矛盾，提高效率。 ④ 判断工艺改革效果的显著性。 ⑤ 通过分析试验结果能探寻出可能更优的试验方案（多方 案优选）。 ⑥ 建立近似函数关系，并对结果进行预测和优化。
第 1章
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《试验设计与数据处理 》
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主要内容
第1章 试验设计简介 第2章 试验误差及其传递 第3章 试验数据的整理 第4章 方差分析与析因实验
定义：将有可能影响试验指标的条件，称作因素。 举例：影响合金强度的因素有合金元素含量、淬火温度及回火 温度等。
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第 1章
试验设计简介
三、水平 定义：通常把影响试验指标的因素加以控制、分组。每个分组 称为因素的水平。 举例：合金强度实验中，某合金元素的不同含量、不同的回火 温度等均为相应因素的不同水平。
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第 1章
试验设计简介
1.2 实验设计与数据处理的目的
事例1：已知某化工产品的质量指标主要受配比、温度、压力 和时间4个因素的影响，现使每个因素取3个变化值，试通过 实验确定出获得最佳质量指标的生产条件。 分析： 全面试验：试验次数34=81次 若每个因素取5个变化值，试验次数54=625次 结果：试验次数繁多、试验代价高 。 问题：能否少做实验？ 如何分析实验结果?
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第 1章
试验设计简介
1.1 实验设计与数据处理的发展概况
20世纪20年代，英国人：R.A.Fisher——方差分析 20世纪50年代，日本人：田口玄一——正交设计表格化 中国开始研究，并简化正交设计表 华罗庚——优选法 1978年，王元、方开泰——均匀设计
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第 1章
试验设计简介
1.4 实验设计的基本原理
什么是实验设计？
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第 1章
试验设计简介
实验是研究者在其各个研究领域进行的，通 常是要发现关于一个特定过程或系统的某些 现象和规律。
一个设计的实验是一个试验或一系列试验， 它对一个过程或系统的输入变量做一些有目 的的改变，以便能够观察到输出响应的变化 以及识别出引起输出响应变化的缘由。
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第 1章
试验设计简介
可控制因素 x1 x2 xp … 输入
过程
… z1 z2 zq
输出
不可控制因素
图1 过程或系统的一般模型
2015年5月31日 11
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第 1章
试验设计简介
实验的目的：
（1）确定哪些变量对响应y最有影响；
2015Байду номын сангаас5月31日
第5章 回归分析与相关分析 第6章 单因素与双因素优选法
第7章 正交试验设计 第8章 均匀设计
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第 1章
试验设计简介
第1章 试验设计简介
1.1 实验设计与数据处理的发展概况 1.2 实验设计与数据处理的目的 1.3 试验设计的基本概念 1.4 实验设计的基本原理 1.5 常用试验方法介绍 1.6 实验设计指南
2015年5月31日 4
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
事例2：试确定某厂生产的灯泡的寿命。 分析： 生产的灯泡不能全部拿来做试验 问题：怎样安排试验？ 怎样分析试验结果？如何评价灯泡寿命？结论可靠 性怎样？
对策：正确的实验设计 对实验数据采取科学的方法加以处理
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
1.3 试验设计的基本概念
一、指标 定义：在试验设计中，把判断试验效果好坏所采用的标准称为 试验指标，简称为指标。 举例：在材料力学性能试验中，常把材料的强度（b，0.2） 与塑性（％，％）等作为主要的试验指标。 二、因素（或称因子）
（2）确定有影响的x变量的设置在何处可使y几乎总是
接近于希望的额定值； （3）确定有影响的x变量的设置在何处使得y的变异性 较小； （4）确定有影响的x的变量的设置在何处使得不可控
制的变量Z1，Z2，Zq的效应最小。
2015年5月31日 12
试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
实验设计，广义理解是指试验研究课题设计，也就是整个 试验计划的拟定。主要包括课题的名称、试验目的，研究 依据、内容及预期达到的效果，试验方案，试验单位的选 取、重复数的确定、试验单位的分组，试验的记录项目和 要求，试 验 结 果 的 分析方法 ，经济效益或社 会 效 益 估 计 ， 已 具 备 的 条 件，需要购置的仪器设备，参加研 究人员的分工，试验时间、地点、进度安排和经费预算， 成果鉴定，学术论文撰写等内容。而狭义的理解是指试验 单位（如动物试验的畜、禽）的选取、重复数目的确定及 试验单位的分组。
2015年5月31日
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试验设计与数据处理 (Experiment Design & Data Processing)
第 1章
试验设计简介
科学的实验设计与数据处理方法的作用： 大大减少试验次数，简化数据处理过程，节省人力、物
力和时间。 通过误差分析，可以显著提高试验结果的可靠性。 可判断因素的显著性，抓住主要矛盾，提高效率。 ④ 判断工艺改革效果的显著性。 ⑤ 通过分析试验结果能探寻出可能更优的试验方案（多方 案优选）。 ⑥ 建立近似函数关系，并对结果进行预测和优化。