优化试验设计与数据分析(PPT课件)
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降低成本能耗
2 2
科研工作的必要手段——试验 实验和试验
shíyàn
实验
已知某个结论去 验证 已知方法的操作 验证性
2020/1/20
电子科技大学微电子与固体电子学院
shìyàn
试验
未知某个结论去 探索 未知方法的探索 探索性
3 3
试验设计方法起源
1980s
1920s
1980s 美国引进田口方法
3.减少开发时间；
4.减少总成本；
2020/1/20
13
电子科技大学微电子与固体电子学院
13
试验设计解决的问题
因素对指标 影响大小
B
因素对指标 影响规律
A
试验设 计来自百度文库果
因素间是否 C 相互影响
优选最佳条 件，估计指 E
标值
D 估计和控制 试验误差
试验设计方法可以解决以上5个问题
2020/1/20
14
1920s Fisher用于田间试验
Statistical Experiment Design 1920s Tippett将SED用于棉纺
1924~2012
1949
1935
1935 “Design of Experiments” 试验设计成为应用技术科学 1930~40s 英、美、苏用于工业
1940s末 美国Deming传播SED至日本 1949 日本Genichi Taguechi(田口玄一)以 SED为基础建立“正交试验设计”法 1952 应用L27(313)于日本东海电报公司 1952~1962 应用100万项，1/3成效明显 1955~1970 日本借此推行全面质量管理
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。
采用科学的方法去安排试验，处理试验结果， 以最少的人力和物力消费，在最短的时间内取 得更多、更好的生产和科研成果的最有效的技 术方法。
数理统计
现有数据的分析
2020/1/20
10
电子科技大学微电子与固体电子学院
2020/1/20
8
电子科技大学微电子与固体电子学院
8
（3）分析：对试验所得到的数据进行整理，制成易于 计算的表格，建立假设，计算分析用的各种统计量 ；确定显著性水平进行检验，得出结论。
2020/1/20
电子科技大学微电子与固体电子学院
概率论与数理统计
9 9
什么叫做优化试验设计方法
什么叫做优化试验设计方法？
5
电子科技大学微电子与固体电子学院
5
课程性质与任务
试验设计方法是一项通用技术，是当代科 技和工程技术人员必须掌握的技术方法。
试验设计方法是自然科学研究方法论领域 中的一个成熟分支学科。
让本科生掌握试验设计的基本原理，近代 最常用的正交试验设计方法的原理及其应 用方法，可以用在以后研究过程中。
2020/1/20
4
电子科技大学微电子与固体电子学院
4
我国试验设计方法发展
1948 范福仁《田间试验之统计与分析》
1970.4 华罗庚推广优选法、统筹法 1970 1978 优选法用于五粮液获成功
1978
华方罗王开庚元泰11991139004~~01~985
方开泰、王元创建均匀设计法
2020/1/20
School of Microelectronics and Solid-State Electronics
试验设计方法
课程综述
1
科研成果产生流程
新产品、新工艺、新材料、新品种及其他科研成果产 生流程
多次反复试验
提高产量
试验数据分析
规律研究
2020/1/20
电子科技大学微电子与固体电子学院
提高产品性能
2020/1/20
6
电子科技大学微电子与固体电子学院
6
课程性质与任务
试验设计方法是国内外许多重点大学化学 、化工、电子、机械、材料包括管理等类 专业的专业技术基础课程。
试验设计的目的是使要我们用科学的方法 去安排试验，懂得如何处理得到的试验结 果，以最少的人力和物力消耗，在最短的 时间内取得更多、更好的生产和科研成果 的技术方法。
10
试验研究
试验设计 试验实施 数据整理 数据分析
优化试验设计在科学研究中的地位与意义 ：
1.试验设计方法是一项通用技术，是当代科技 和工程技术人员必须掌握的技术方法。
2.科学地安排实验，以最少的人力和物力消费 ，在最短的时间内取得更多、更好的生产和科 研成果。简称为：多、快、好、省。
2020/1/20
11
电子科技大学微电子与固体电子学院
11
如何进行科学合理的试验设计
如何进行科学合理的试验设计
优良的试验方案 遵循试验设计基本原则，控制试验误差 简单计算获取有价值试验规律 试验研究结果可推广和重复
2020/1/20
12
电子科技大学微电子与固体电子学院
12
试验设计的意义
应用数理统计学的基本知识，讨论如何合理地安 排试验、取得数据，然后进行综合科学分析，从 而尽快获得最优组合方案。在工程学领域是改进 制造过程性能的非常重要的手段。在开发新工序 中亦有着广泛的应用。
在开发的早期应用试验设计方法能得出以下成果
1.提高产量；
2.减少变异性，与额定值或目标值更为一致；
2020/1/20
7
电子科技大学微电子与固体电子学院
7
试验设计一般分三个阶段：
（1）试验：首先要明确试验的目的和要求；其次 是合理选择试验考察的指标和影响因素（即因 子）；最后确定试验中影响因素的具体条件（ 即因子的水平）。
（2）设计：根据因子及因子的水平，确定试验方 案；决定试验的顺序，试验的方法，测量的点 数以及重复的次数等。
电子科技大学微电子与固体电子学院
14
什么是试验设计？
问题1：有12个外表一致的小球，其中11个 的质量都是10克，另一个要重一些(但仅凭 手感无法分辨)，给定一个没有砝码的天平 ，请你设计一个试验方案，把这个重一点的 小球挑出来。
2020/1/20
15
电子科技大学微电子与固体电子学院
15
方案一：
这种方法在最糟糕的情况下，需要称量6次。
2020/1/20
先把两个球放到天平两边的盘中，如果不 平衡，则较重一边的小球就是要找的；如 果平衡，就把其中一个球(哪个都行)作为 标准，用它称量其它球，与它不同的就是 我们要找的。 这种方法在最糟糕的情况下，可能需要10 次称量才能完成任务。
方案二：
把12个球平均分成六组，把同组的两个球分放在天平两 边，如果不平衡，则较重一边的小球就是要找的。
2 2
科研工作的必要手段——试验 实验和试验
shíyàn
实验
已知某个结论去 验证 已知方法的操作 验证性
2020/1/20
电子科技大学微电子与固体电子学院
shìyàn
试验
未知某个结论去 探索 未知方法的探索 探索性
3 3
试验设计方法起源
1980s
1920s
1980s 美国引进田口方法
3.减少开发时间；
4.减少总成本；
2020/1/20
13
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13
试验设计解决的问题
因素对指标 影响大小
B
因素对指标 影响规律
A
试验设 计来自百度文库果
因素间是否 C 相互影响
优选最佳条 件，估计指 E
标值
D 估计和控制 试验误差
试验设计方法可以解决以上5个问题
2020/1/20
14
1920s Fisher用于田间试验
Statistical Experiment Design 1920s Tippett将SED用于棉纺
1924~2012
1949
1935
1935 “Design of Experiments” 试验设计成为应用技术科学 1930~40s 英、美、苏用于工业
1940s末 美国Deming传播SED至日本 1949 日本Genichi Taguechi(田口玄一)以 SED为基础建立“正交试验设计”法 1952 应用L27(313)于日本东海电报公司 1952~1962 应用100万项，1/3成效明显 1955~1970 日本借此推行全面质量管理
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。
采用科学的方法去安排试验，处理试验结果， 以最少的人力和物力消费，在最短的时间内取 得更多、更好的生产和科研成果的最有效的技 术方法。
数理统计
现有数据的分析
2020/1/20
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电子科技大学微电子与固体电子学院
2020/1/20
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电子科技大学微电子与固体电子学院
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（3）分析：对试验所得到的数据进行整理，制成易于 计算的表格，建立假设，计算分析用的各种统计量 ；确定显著性水平进行检验，得出结论。
2020/1/20
电子科技大学微电子与固体电子学院
概率论与数理统计
9 9
什么叫做优化试验设计方法
什么叫做优化试验设计方法？
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电子科技大学微电子与固体电子学院
5
课程性质与任务
试验设计方法是一项通用技术，是当代科 技和工程技术人员必须掌握的技术方法。
试验设计方法是自然科学研究方法论领域 中的一个成熟分支学科。
让本科生掌握试验设计的基本原理，近代 最常用的正交试验设计方法的原理及其应 用方法，可以用在以后研究过程中。
2020/1/20
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电子科技大学微电子与固体电子学院
4
我国试验设计方法发展
1948 范福仁《田间试验之统计与分析》
1970.4 华罗庚推广优选法、统筹法 1970 1978 优选法用于五粮液获成功
1978
华方罗王开庚元泰11991139004~~01~985
方开泰、王元创建均匀设计法
2020/1/20
School of Microelectronics and Solid-State Electronics
试验设计方法
课程综述
1
科研成果产生流程
新产品、新工艺、新材料、新品种及其他科研成果产 生流程
多次反复试验
提高产量
试验数据分析
规律研究
2020/1/20
电子科技大学微电子与固体电子学院
提高产品性能
2020/1/20
6
电子科技大学微电子与固体电子学院
6
课程性质与任务
试验设计方法是国内外许多重点大学化学 、化工、电子、机械、材料包括管理等类 专业的专业技术基础课程。
试验设计的目的是使要我们用科学的方法 去安排试验，懂得如何处理得到的试验结 果，以最少的人力和物力消耗，在最短的 时间内取得更多、更好的生产和科研成果 的技术方法。
10
试验研究
试验设计 试验实施 数据整理 数据分析
优化试验设计在科学研究中的地位与意义 ：
1.试验设计方法是一项通用技术，是当代科技 和工程技术人员必须掌握的技术方法。
2.科学地安排实验，以最少的人力和物力消费 ，在最短的时间内取得更多、更好的生产和科 研成果。简称为：多、快、好、省。
2020/1/20
11
电子科技大学微电子与固体电子学院
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如何进行科学合理的试验设计
如何进行科学合理的试验设计
优良的试验方案 遵循试验设计基本原则，控制试验误差 简单计算获取有价值试验规律 试验研究结果可推广和重复
2020/1/20
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电子科技大学微电子与固体电子学院
12
试验设计的意义
应用数理统计学的基本知识，讨论如何合理地安 排试验、取得数据，然后进行综合科学分析，从 而尽快获得最优组合方案。在工程学领域是改进 制造过程性能的非常重要的手段。在开发新工序 中亦有着广泛的应用。
在开发的早期应用试验设计方法能得出以下成果
1.提高产量；
2.减少变异性，与额定值或目标值更为一致；
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电子科技大学微电子与固体电子学院
7
试验设计一般分三个阶段：
（1）试验：首先要明确试验的目的和要求；其次 是合理选择试验考察的指标和影响因素（即因 子）；最后确定试验中影响因素的具体条件（ 即因子的水平）。
（2）设计：根据因子及因子的水平，确定试验方 案；决定试验的顺序，试验的方法，测量的点 数以及重复的次数等。
电子科技大学微电子与固体电子学院
14
什么是试验设计？
问题1：有12个外表一致的小球，其中11个 的质量都是10克，另一个要重一些(但仅凭 手感无法分辨)，给定一个没有砝码的天平 ，请你设计一个试验方案，把这个重一点的 小球挑出来。
2020/1/20
15
电子科技大学微电子与固体电子学院
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方案一：
这种方法在最糟糕的情况下，需要称量6次。
2020/1/20
先把两个球放到天平两边的盘中，如果不 平衡，则较重一边的小球就是要找的；如 果平衡，就把其中一个球(哪个都行)作为 标准，用它称量其它球，与它不同的就是 我们要找的。 这种方法在最糟糕的情况下，可能需要10 次称量才能完成任务。
方案二：
把12个球平均分成六组，把同组的两个球分放在天平两 边，如果不平衡，则较重一边的小球就是要找的。