多因素实验设计(正交实验设计)解析
多因素实验设计(正交实验设计) ppt课件
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1 1 2
◆每一列中1、2均各出现4次 ◆无论哪两列出现的有序排列
(1,1)、(1,2)、(2,1)、(2,2) 都是两次
正交试验法原理的解释
3 4 5 6 7
L8（41×24） L8（41×24） L8（41×24） L18（61×36） L18（61×36）
L18（61×36） L16（44×23）
L18（61×36） L16（44×23）
L8（41×24）的设计由L8（27）的改造而成
将相同位级的正交表改造成位级数不同的正交表
并列法
乳化能力 0.56 0.74 0.57 0.87 0.85 0.82 0.67 0.64 0.66
1.87 2.54 1.97 0.623 0.847 0.657 0.67 A－B－C
极差 R 因素主 —次 最佳水 平组
温度——酯化时间——催化剂种类
A2 B2C2
温度 120℃，酯化时间 2h，催化剂种类：乙
分别对各指标进行直观分析，得出因素的主次和优方案如下表： 指标 提取物得率％
K2
（A）乙醇浓度％
K1
K3
四因素三水平正交试验设计
四因素三水平正交试验设计一、引言正交试验设计是一种常用的实验设计方法，旨在通过合理的选择实验因素和水平，高效地进行实验，找出因素对实验结果的影响规律。
其中，四因素三水平正交试验设计是一种常见的设计方法，本文将对其进行详细介绍。
二、概述1.正交试验设计的基本原理正交试验设计是一种多因素实验设计方法，它通过一定的数学模型和统计分析方法，使得每个因素的各个水平在试验中都能均匀地分布，从而减小因素之间的相互影响，提高试验效率。
在实际应用中，通过合理选择因素和水平，可以找出对实验结果影响最显著的因素，并确定最佳的工艺参数组合。
2.四因素三水平正交试验设计的特点四因素三水平正交试验设计是一种常见的正交试验设计方法，其特点如下：-使用四个因素进行试验设计，每个因素有三个水平；-能够探究因素之间的相互关系，找出主要因素并确定最佳水平；-可以通过分析试验数据，建立数学模型，预测其他未试验的因素水平对实验结果的影响。
三、实施步骤1.确定试验因素和水平首先，需要明确进行实验的因素和各个因素的水平。
在四因素三水平正交试验设计中，涉及的因素个数为四，每个因素的水平为三。
2.构建正交表根据实验因素和水平，构建正交表。
正交表是实施正交试验设计的重要工具，它能够保证每个因素的各个水平均匀地分布在试验中。
3.进行试验按照正交表的设计方案，进行实验。
在每个试验条件下，记录实验数据，并进行统计分析。
4.数据分析通过对实验数据的统计分析，可以得到各个因素的主效应、交互作用等信息。
利用这些信息，可以建立数学模型，预测其他未试验的因素水平对实验结果的影响。
5.结果验证对数学模型进行验证，通过与实际数据的对比，评估模型的准确性和可靠性。
四、实例分析为了更好地理解四因素三水平正交试验设计的实际应用，我们以某电子产品的性能测试为例进行分析。
假设设计的四个因素分别为温度、湿度、电压和信号强度，每个因素有三个水平。
通过实验数据的采集和统计分析，可以获得各个因素的主效应、交互作用等关键信息。
正交实验实验结果解读
正交实验实验结果解读
正交实验设计是一种高效率的试验设计方法，它通过合理安排多因素试验，寻求最优水平组合。
解读正交实验结果主要涉及以下几个步骤：
1.观察每组试验的观测结果或数据，了解各个因素在不同水平下的变化情况。
2.计算每个因素的极差，即同一因素在不同水平下的最大值与最小值之差。
极差分析是一种直观式分析方法，通过比较各因素的极差大小，可以初步判断因素对试验目标的影响程度。
3.根据试验结果和极差分析，找出理论上的最优方案。
这个方案通常是最有利于考察的目标值的方案。
4.对理论上的最优方案进行验证分析，确保其在实际应用中的可行性。
验证分析可以通过实际试验、模拟仿真等方法进行。
在解读正交实验结果时，还需要注意以下几点：
1.正交表的设计是关键。
在设计正交表时，需要选择合适的因素和水平数，并确保试验次数合理。
2.极差分析是一种初步分析方法，其结果可以作为优化方案的参考，但不一定是最优解。
因此，在实际应用中，还需要结合其他分析方法（如方差分析、回归分析等）进行综合评估。
3.正交实验的结果受到试验条件、操作误差等多种因素的影响，因此在实际应用中，需要对试验过程进行严格控制和记录，以确保结果的准确性和可靠性。
总之，正交实验设计是一种有效的多因素试验设计方法，通过合理的试验安排和结果分析，可以找出最优方案并评估其在实际应用中的可行性。
在解读正交实验结果时，需要综合考虑多种因素和分析方法，以确保结果的准确性和可靠性。
正交试验设计及结果分析
2.1 试验方案设计 （1） 明确试验目的，确定试验指标
试验设计前必须明确试验目的，即本次试验要解决什么 问题。试验目的确定后，对试验结果如何衡量，即需要确 定出试验指标。试验指标可为定量指标，也可为定性指标。
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1.3.2.3 综合可比性 （1）任一列的各水平出现的次数相等； （2）任两列间所有水平组合出现次数相等，使得任一因素
各水平的试验条件相同。这就保证了在每列因素各水平的效 果中，最大限度地排除了其他因素的干扰。从而可以综合比 较该因素不同水平对试验指标的影响情况。
根据以上特性，我们用正交表安排的试验，具有均衡分 散和整齐可比的特点。
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在这9个水平组合中，A因素各水平下包括了B、C因素 的3个水平，虽然搭配方式不同，但B、C皆处于同等地位， 当比较A因素不同水平时，B因素不同水平的效应相互抵 消，C因素不同水平的效应也相互抵消。所以A因素3个水 平间具有综合可比性。同样，B、C因素3个水平间亦具有 综合可比性。
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如对于上述3因素3水平试验，若不考虑交互作用，可
利用正交表L9(34)安排，试验方案仅包含9个水平组合，就
能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况，找 出最佳的生产条件。
1.2 正交试验设计的基本原理
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正交设计就是从选优区全面试验点（水平组合）中挑3ຫໍສະໝຸດ 上一张 下一张 主 页 退 出
1 正交试验设计的概念及原理
测试用例设计方法--正交试验法详解
测试用例设计方法--正交试验法详解正交试验法介绍正交试验法是研究多因素、多水平的一种试验法，它是利用正交表来对试验进行设计，通过少数的试验替代全面试验，根据正交表的正交性从全面试验中挑选适量的、有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，整齐可比”的特点。
正交表是一种特制的表格，一般用L n (m k)表示，L 代表是正交表，n 代表试验次数或正交表的行数，k 代表最多可安排影响指标因素的个数或正交表的列数，m 表示每个因素水平数，且有n=k*(m-1)+1。
正交表的特点正交表具有以下两个特点。
正交表必须满足这两个特点，有一条不满足，就不是正交表。
每列中不同数字出现的次数相等。
这一特点表明每个因素的每个水平与其它因素的每个水平参与试验的几率是完全相同的，从而保证了在各个水平中最大限度地排除了其它因素水平的干扰，能有效地比较试验结果并找出最优的试验条件。
在任意2列其横向组成的数字对中，每种数字对出现的次数相等。
这个特点保证了试验点均匀地分散在因素与水平的完全组合之中，因此具有很强的代表性。
使用正交试验法的原因对于单因素或两因素试验，因其因素少，试验的设计、实施与分析都比较简单。
但在实际工作中，常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素，若进行全面试验，试验的规模很大，由于时间和成本的限制我们不可能进行全面试验，但是具体挑其中的哪些测试用例进行测试我们心里拿不准，总担心不做不挑选的那些测试用例会遗漏一些严重缺陷。
为了有效的、合理地减少测试的工时与费用，我们利用正交试验法来设计测试用例。
正交试验法就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率的试验设计方法。
我们用测试实例来进行说明使用正交试验法设计测试用例的好处。
测试需求：某所大学通信系共2个班级，刚考完某一门课程，想通过“性别”、“班级”和“成绩”这三个查询条件对通信系这门课程的成绩分布，男女比例或班级比例进行人员查询： 根据“性别”=“男，女”进行查询 根据“班级”=“1班，2班”查询 根据“成绩”=“及格，不及格”查询按照传统设计——全部测试分析上述测试需求，有3个被测元素，被测元素我们称为因素，每个因素有两个取值，我们称之为水平值，所以全部测试用例个数是2*2*2=8，参见下表利用正交表设计测试用例，我们得到的测试用例个数是n=3*(2-1)+1=4，对于三因素两水平的刚好有L4(23)的正交表可以套用，于是用正交表试验法得出4个测试用例如下：根据实际需要可以在用正交试验法设计用例的基础上补充一些测试用例。
正交试验设计例题解析
正交试验设计例题解析正交试验设计是一种有效的实验设计，可以用来衡量因素在相互作用下对实验结果的影响。
它可以组织许多实验变量，以提供准确、精确和可重复的结果。
正交试验设计可以用来分析不同变量的相互作用，以推断出实验结果的影响因素。
正交试验设计的基本思想是对每种因素的每种可能状态进行实验，以找出实验结果的有利和不利因素。
这种实验使用正交表（也称为正交试验表）来组织不同的实验因素和变量。
正交表是一种特殊的矩阵，其中每一行代表一种不同的实验因素，每一列代表一种不同的变量值。
从这种角度来看，正交试验设计是一种多元实验设计，可以用来测试多种可能的变量和变量值之间的交互作用。
一般来说，正交试验设计另外分为因变量实验设计和独立变量实验设计两种类型。
在因变量实验设计中，目的是评估单个因变量在不同水平的自变量变化情况下的变化情况。
在独立变量实验设计中，则旨在评估多个自变量之间的交互作用对因变量的影响。
正交试验设计的另一个重要特点是它可以帮助实验者控制和减少变量之间的相互作用。
这一优点使得实验者可以更精确地针对某些变量进行分析，而不必担心其他变量的可能影响。
此外，正交试验设计还可以帮助实验者识别哪些变量对实验结果的影响最大，以及哪些变量对实验结果的影响最小。
这可以帮助实验者更好地了解实验结果，从而更有效地进行实验。
此外，正交试验设计还可以帮助实验者减少实验成本。
实验者可以识别实验中最重要的变量，将其他变量放在一边，从而减少实验费用的支出。
正交试验设计的主要缺点是它有时会产生较小的变量之间的非线性相关性。
此外，它还需要实验者拥有很强的统计学知识，以便正确解释实验结果。
最后，正交试验设计需要大量的时间和财力，以完成变量之间的精确实验。
总而言之，正交试验设计是一种有效的实验设计，其优点使得它能够识别出自变量和因变量之间的交互作用，并减少实验成本。
然而，它也有其缺点，因此实验者需要了解它的优势和劣势，以确定它是否适合指定的实验。
第4章正交实验设计讲解
2
恒温速度B （0C）
3
恒温时间C （小时）
4 降温速度D
应力 （度）
1
1(30)
2
2(50)
3
3(100)
1
(600) 3 （4） 2 （1.7）
6
1
1 （6） 1 （1.5）
7
1
2 （2） 3 （150）
15
4 5 6
1(30) 2(50) 3(100)
2
(450) 2 （2） 1 （1.5）
B1=10 B2=11
B3=12
C ：定子线圈匝数(匝)
C1=70 C2=80
C3=90
四 选正交表，进行表头设计，列出实验
计划 选L9(33)
表达设计
A (充磁量)
列号 试验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
T1 T2 T3
1
1(900) 1 1 2(1100) 2 2 3(1300) 3 3
控因素：由于自然、技术和设备等条件的限制，暂时还不能为人们控制和调节 的因素。如气温、降雨量等。
在正交试验中，所考察的因素都是可控因素，被考察因素通常以大写英文 字母A、B、C…表示。
3 水平：因素在试验中所处的各种状态和条件称为因素的水平。在试验中往 往要考虑某因素的几种状态，那么就称该因素为几水平因素。
555 523 573
185 174.3 191
16.7
427.6
160 215 180 168 236 190 157 205 140
yi=T=1651 yi²=310519 ST=7652.2
五 进行试验，记录试验结果。 六 数据分析 (一) 极差分析 直观分析：Y=236最大 好的试验条件 A2B2C3 理论分析：RB>RA>RC 因素重要性 B→A → C 最好的条件 A2B2C3 (二)数据的方差分析
第七章-正交试验设计法
第七章-正交试验设计法第七章：正交试验设计法正交试验设计法是一种实验设计方法，旨在有效地确定多个因素对结果的影响，并找到最佳的组合条件。
正交设计法是一种统计方法，通过在试验设计中使用正交矩阵来实现对各个因素的全面考虑和分析。
本章将详细介绍正交试验设计法的原理、应用和优势。
7.1 正交试验设计法的原理正交试验设计法的原理基于一个关键观点：在多因素实验设计中，通过设计合理的试验矩阵，能够避免因素之间的相互干扰，从而有效地确定各个因素对结果的影响。
正交试验设计法通过使用正交矩阵，将各个因素进行组合，确保在限定的试验条件下，各个因素之间的相互影响最小化。
这样，通过对正交试验设计法进行数据分析，可以准确地确定各个因素对结果的主导程度。
7.2 正交试验设计法的应用正交试验设计法在许多领域中得到广泛应用，特别是在工程、医学、化学和农业等实验研究中。
正交试验设计法可以帮助研究人员从多个因素中确定影响结果的主要因素，并找到最佳的操作条件。
例如，在工程领域中，正交试验设计法可以用于确定材料的最佳组合，以提高产品质量和性能。
在医学研究中，正交试验设计法可用于确定药物的最佳剂量和治疗方案。
在农业研究中，正交试验设计法可以用于确定最佳的种植条件和施肥方法。
总之，正交试验设计法可以帮助研究人员快速、准确地找到最佳的解决方案。
7.3 正交试验设计法的优势正交试验设计法相比传统的试验设计方法有以下几个优势：1. 高效性：正交试验设计法可以通过使用正交矩阵，将多个因素进行有效组合，从而减少试验次数，提高试验效率。
2. 统计可靠性：正交试验设计法通过使用正交矩阵，可以有效地避免因素之间的相互干扰，确保实验结果的统计可靠性。
3. 实用性：正交试验设计法不仅可以用于确定各个因素对结果的影响程度，还可以用于优化因素的组合以达到最佳效果。
4. 灵活性：正交试验设计法可以应用于不同的实验设计要求，可灵活调整试验因素和水平，以满足具体的研究需求。
正交试验设计方法(详细步骤
正交试验设计方法(详细步骤正交试验设计方法是一种经典的实验设计方法，可以高效地确定对多个因素影响的最佳组合。
它通过将因素分为若干水平，并使用正交设计表确定各个因素水平之间的配对，从而减少试验次数，提高试验效率。
下面将详细介绍正交试验设计方法的步骤。
1.确定试验目的和因素：首先需要明确试验的目的，即我们要研究的问题是什么。
然后确定影响结果的各个因素。
通常情况下，正交试验设计方法适用于多因素多水平的情况。
2.确定因素水平和个数：确定每个因素的水平，并确定每个因素的水平数。
水平数的选择应该充分考虑试验的复杂性和实际可行性。
一般来说，水平数应该是2的幂次方。
3.构建正交表：根据因素的水平数，选择对应的正交表。
正交表是一种数学表格，用于确定不同因素水平之间的配对。
目前，有很多不同类型的正交表可供选择，如拉丁方正交表、天堂树正交表等。
4.设计试验方案：根据正交表的设计原则，将每个因素的各个水平按照正交表进行配对，形成完整的试验方案。
每个配对称为一个处理组合，每组处理组合对应一个试验。
5.进行实验：按照设计的试验方案进行实验。
在进行实验时，需要尽量避免实验误差的干扰，采取适当的控制措施。
6.收集数据：进行实验后，需要及时收集数据。
数据采集要准确、全面，保证实验结果的可靠性。
7.数据分析：对收集到的数据进行统计分析。
可以使用方差分析方法进行分析，通过比较不同因素水平对结果的影响程度，确定最佳组合。
8.结果解释和应用：根据数据分析结果，解释各个因素对结果的影响程度，确定最佳组合。
根据结果进行决策，并将最佳组合应用于实际生产或研究中。
需要注意的是，正交试验设计方法虽然可以高效地确定最佳组合，但仍然具有一定的局限性。
试验结果的可靠性和适用性取决于试验设计的合理性和实施的严格性。
因此，在进行正交试验设计时，需要充分考虑实际情况，合理选择因素和水平，并严格控制试验过程，以确保结果的准确性和可靠性。
正交试验设计法简介
正交试验设计法简介一、概述正交试验设计法，又称为正交实验设计、正交表设计或正交测试设计，是一种高效、系统的试验设计方法。
该方法源于数学中的正交性概念，通过正交表来安排多因素试验，使得每个因素的每个水平都能在其他因素的所有水平中均衡出现，从而能够有效地分析多个因素对试验结果的影响。
正交试验设计法最初由日本统计学家田口玄一博士于20世纪50年代提出，并在工程领域得到了广泛应用。
正交试验设计法的主要优点包括试验次数少、数据分析简便、试验效果高等。
通过正交表的设计，可以大大减少试验次数，提高试验效率同时，正交表的规范化和系统性使得试验数据的分析变得简单明了，便于找出影响试验结果的主要因素和最优组合。
正交试验设计法广泛应用于工业、农业、医学、军事等领域。
在工业生产中，正交试验设计法可用于优化产品设计、改进生产工艺、提高产品质量等在农业研究中，可用于优化作物种植方案、提高作物产量等在医学研究中，可用于药物筛选、临床治疗方案优化等。
正交试验设计法还可用于系统可靠性分析、多目标决策等领域。
正交试验设计法是一种高效、实用的试验设计方法，对于多因素、多水平的试验问题具有重要的应用价值。
通过正交表的设计和分析，可以系统地研究多个因素对试验结果的影响，找出最优方案，提高试验效率和效果。
1. 正交试验设计法的定义正交试验设计法是一种研究多因素多水平的科学实验设计方法。
它基于Galois理论，从大量的实验点中挑选出适量的、有代表性的点进行试验，这些点具有“均匀分散，齐整可比”的特点。
这种方法的主要工具是正交表，通过合理安排实验，可以在最少的试验次数下达到与大量全面试验等效的结果。
正交试验设计法具有高效率、快速和经济的特点，被广泛应用于各个领域，如生物学、软件测试等。
2. 正交试验设计法的起源与发展正交试验设计法的起源可以追溯到古希腊时期。
当时，为了满足国王检阅臣民时的要求，即每个方队中每行有一个民族代表，每列也要有一个民族的代表，数学家们设计了一种方阵，被称为拉丁方。
《正交试验设计》课件
正交试验设计的优点
节约试验开销
高效率地筛选因
素⚙️
考虑多因素相互
作用
得决策的基本依据，大大
控制变量后可以较快速确
正交试验设计综合考虑了
降低了试验开销。
定主要影响因素并对它们
各个因素之间的相互作用，
进行合理优化。
充分发挥因素之间的协同
因素进行优化。
案例分析：某化工企业优化生产工艺
必要性
实验设计
试验结果
优化生产工艺有助于提高产
在应温度、反应时间和催化
利用正交分析，得出应温度、
品质量，降低生产成本。
剂用量三个因素的基础上，
反应时间与催化剂用量三个
运用L9正交表进行试验设
因素的最优水平组合条件，
计。
实现工艺流程的优化。
正交试验设计的参考文献
正交试验设计
正交试验设计是一种多因素实验设计方法，通过少量试验运用正交表，同时
考虑多个因素对试验结果的影响。
正交表是什么？
1
水平设计均匀
正交表各因素水平设计均匀，各水平之间相互独立。
2
工具与算法
正交试验设计运用正交表，帮助我们获得较少的试验数据来考察复杂的因素作用关系，
可提随机化原则，避免运用偏倚的数据产生误导性结论，以保证试验设计的真实性。
正交试验设计的适用范围
正交试验设计主要适用于同类型的试验项目，例如新工艺、新产品的开发研
究，通过正交设计试验来挖掘多种因素间的相互作用关系，快速筛选最佳工
艺参数，节约试验成本和缩短试验周期。
正交试验设计的注意事项
为保证正交试验设计的可靠性，试验要尽可能控制干扰因素，每个因素的水平要设计均衡，且要
正交试验设计(内容详尽)
用于探索最佳的药物剂量、治疗方案等。
农业科学研究
用于研究不同肥料、农药、种植方式等对农 作物产量的影响。
化学工业
用于研究不同反应条件对化学反应的影响， 提高产物的收率和质量。
正交试验设计的原则
1 2
均衡分布原则
确保每个因素每个水平的试验条件都有机会出现， 避免结果的片面性。
整齐可比原则
保证试验结果的可比性，以便进行数理统计分析。
案例二：化学反应中的正交试验设计
在化学反应中，正交试验设计用于研究不同反应条件 对产物收率和纯度的影响。
例如，在合成某种药物中间体的过程中，通过正交试 验设计来探究温度、压力、催化剂种类和浓度对产物
收率和纯度的影响。
通过优化反应条件，可以提高产物的收率和纯度，降 低生产成本并提高生产效率。
案例三：生物医学研究中的正交试验设计
安排试验计划
总结词：计划性
详细描述：根据正交表，安排详细的 试验计划。这一步骤包括确定试验的 各个水平、组合方式以及试验的顺序 等。合理的试验计划有助于提高试验 的效率和准确性。
实验结果分析
总结词：分析性
VS
详细描述：在完成试验后，对试验结 果进行统计分析。这一步骤包括数据 的整理、处理、分析和解释等。通过 结果分析，可以得出关于试验因素对 试验结果影响的结论，并据此优化试 验方案或进行进一步的研究。
正交试验设计案例分
05
析
案例一：材料科学中的正交试验设计
材料科学中，正交试验设计常用于研究不同材 料成分和工艺参数对材料性能的影响。
例如，在钢铁冶炼过程中，通过正交试验设计 来探究不同温度、压力、时间和合金元素对钢 材强度、韧性和耐腐蚀性的影响。
通过对试验结果的分析，可以确定最佳的工艺 参数组合，从而提高产品质量和降低生产成本。
什么是正交试验(详解)
什么是正交试验设计正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分析因式设计的主要方法。
是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。
日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。
例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须进行3^3 = 27种组合的实验，且尚未考虑每一组合的重复数。
若按L9(3)正交表安排实验，只需作9次，按L18(3)正交表进行18次实验，显然大大减少了工作量。
因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。
正交表是一整套规则的设计表格，用L为正交表的代号，n为试验的次数，t为水平数，c为列数，也就是可能安排最多的因素个数。
例如L9(3^4)它表示需作9次实验，最多可观察4个因素，每个因素均为3水平。
一个正交表中也可以各列的水平数不相等，我们称它为混合型正交表，如L8(4×2)，此表的5列中，有1列为4水平，4列为2水平。
编辑本段正交试验设计表正交试验设计表[1]正交试验因素水平表正交试验设计方案及试验结果极差分析表(或指标与因素关系图) 方差分析表(简单分析时可无)正交表的性质(1)每一列中，不同的数字出现的次数相等。
例如在两水平正交表中，任何一列都有数码“1”与“2”，且任何一列中它们出现的次数是相等的；如在三水平正交表中，任何一列都有“1”、“2”、“3”，且在任一列的出现数均相等。
(2)任意两列中数字的排列方式齐全而且均衡。
例如在两水平正交表中，任何两列(同一横行内)有序对子共有4种：(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)。
每种对数出现次数相等。
在三水平情况下，任何两列(同一横行内)有序对共有9种，1.1、1.2、1.3、2.1、2.2、2.3、3.1、3.2、3.3，且每对出现数也均相等。
正交试验设计(极差分析)
正交试验设计适用于多因素多水平的情况，对于非等水平的情况可能不适用； 同时，正交试验设计要求因素之间相互独立，如果有交互作用则无法准确反映 各因素对试验结果的影响。
ห้องสมุดไป่ตู้
02 极差分析方法
极差的概念与计算
极差的概念
极差是指一组数据中最大值与最 小值之差，用于描述数据的波动 范围。
极差的计算
极差 = 最大值 - 最小值，通过计 算极差可以了解数据的变化范围 。
05 正交试验设计软件介绍
正交试验设计软件的功能与特点
自动化试验设计
软件可以根据用户需求，自动生 成正交试验方案，大大提高了试
验效率。
数据分析与可视化
软件内置强大的数据分析功能，可 以将试验结果进行极差分析、方差 分析等，并生成各种可视化图表。
多因素分析
支持多因素、多水平的试验设计， 能够全面评估各因素对试验结果的 影响。
折线图
通过折线图展示各因素与试验结果的 关系，可以更直观地看出各因素对试 验结果的影响趋势。
03 正交试验设计的应用场景
工业生产优化
01
02
03
生产工艺优化
通过正交试验设计，对生 产工艺参数进行优化，提 高产品质量和生产效率。
设备性能测试
通过正交试验设计，测试 设备的性能参数，找出最 佳工作条件，延长设备使 用寿命。
详细描述
在机械制造过程中，工艺参数如温度、压力、时间等对产品质量和生产效率有重要影响。通过正交试 验设计，可以确定最佳的工艺参数组合，从而提高产品质量和生产效率。
案例三：农业生产中的肥料配比实验
总结词
通过正交试验设计，优化肥料配比，提 高农作物产量和品质。
VS
正交试验设计及分析(多实现途径)
正交试验设计及分析(多实现途径)引言概述:正交试验设计是一种重要的统计方法，用于确定实验中不同因素对结果的影响。
它可以帮助研究者系统地设计实验，降低实验数量和成本，并提供可靠的分析结果。
本文将介绍正交试验设计的概念、原理，以及多种实现途径，以便读者根据自身需求选择合适的方法进行实验。
正文内容:1.正交试验设计的概念和原理:1.1定义:正交试验设计是一种通过系统地变动因素水平来确定因素对结果的影响的方法。
它将多个因素分解为一些离散的水平，以便在有限实验中进行测试。
1.2原理:正交试验设计基于正交矩阵的原理，该矩阵具有特定的数学性质，可以保证不同因素之间的相互独立性，从而减少实验数量。
2.正交试验设计的多实现途径:2.1Taguchi方法:Taguchi方法是一种常用的正交试验设计方法，它通过选择最优的因素水平组合来优化结果的表现。
它能够在较少的实验次数下找到最佳的因素配置。
2.2BoxBehnken设计:BoxBehnken设计是一种常用的三水平正交试验设计方法，适用于3个或更多个因素的试验。
它通过正交矩阵将因素水平组合成三水平，并通过优化方法确定最佳结果。
2.3中心组合设计:中心组合设计是一种将中心点设置为固定因素水平的正交试验设计方法。
该设计方法可以估计因素对结果的线性和二次的影响，适用于连续和离散因素。
2.4贝叶斯优化设计:贝叶斯优化设计是一种基于贝叶斯统计模型的正交试验设计方法。
它能够在先验知识不完全或验证数据有限的情况下，利用概率推论来确定最佳因素配置。
3.正交试验设计的分析方法:3.1方差分析:方差分析是一种常用的正交试验设计分析方法，用于确定各个因素之间的显著性差异。
它通过计算方差的比值来判断因素对结果的影响程度。
3.2回归分析:回归分析是一种统计方法，用于描述和预测因变量与一个或多个自变量之间的关系。
在正交试验设计中，回归分析可以用来确定因素对结果的线性和非线性影响。
3.3主效应图:主效应图是一种简明直观的分析方法，通过图形展示各个因素对结果的平均水平差异。
多因素正交实验设计
多因素正交实验设计多因素正交实验设计的基本原理是将多个因素分解为独立的正交组合，通过少量的试验来测试各种不同因素水平的组合。
这种分解使得因素之间的相互作用可以独立地分析和解释，从而更准确地确定主要影响因素。
在实验设计过程中，需要选择影响因素的水平和范围，并确定实验因素的层次结构。
多因素正交实验设计的优点是可以减少实验次数，节省时间和成本。
通过合理的实验设计，可以充分利用有限的资源来获取大量的信息。
同时，由于各个因素的正交分解，可以准确地评估不同因素的影响，进一步优化结果变量。
在进行多因素正交实验设计时，需要注意以下几个关键点：1.因素的选择：需要明确定义实验中需要考虑的因素，并分析其对结果变量的可能影响。
同时，应该选择那些可能存在交互作用的因素，以便进一步分析。
2.水平设置：每个因素都应该有两个或多个水平，以反映不同的影响程度。
水平的设置应该覆盖实际应用中的范围，并确保在试验中可以准确地测量和控制。
3. 实验设计：根据所选因素和水平，采用合适的正交表设计实验。
常用的正交实验设计有Taguchi方法、Box-Behnken设计等。
实验设计应尽可能有效，同时对因素的主要效应和交互作用进行均衡的评估。
4.实验执行：按设计方案执行实验，并准确记录数据。
在实验过程中要保持实验条件的稳定性，确保结果的可靠性。
5.数据分析：使用适当的统计方法对实验数据进行分析。
可以通过方差分析（ANOVA）来评估因素，交互作用和误差之间的显著性差异。
同时，可以应用回归分析和优化方法，建立预测模型并确定最佳的因素水平组合。
总而言之，多因素正交实验设计通过合理的实验设计和数据分析，可以确定主要因素和交互作用，并优化结果变量。
它是一种有效的统计方法，可以减少实验次数并提高研究效率，对于优化产品和流程具有重要的意义。
多因素正交试验
在生产和科研中，为了研制新产品，改革生产工艺，寻找优良的生产条件，需要做许多多因素的试验。
在方差分析中对于一个或两个因素的试验，我们可以对不同因素的所有可能的水平组合做试验，这叫做全面试验。
当因素较多时，虽然理论上仍可采用前面的方法进行全面试验后再做相应的方差分析，但是在实际中有时会遇到试验次数太多的问题。
例如，生产化工产品，需要提高收率（产品的实际产量与理论上投入的最大产量之比），认为反应温度的高低、加碱量的多少、催化剂种类等多种因素，都是造成收率不稳的主要原因。
根据以往经验，选择温度的三个水平：800C、850C、900C；加碱量的三个水平：35、48、55（kg）；催化剂的三个水平：甲、乙、丙三种。
如果做全面试验，则需33=27次。
如果有3个因素，每个因素选取4个试验水平的问题，在每一种组合下只进行一次试验，所有不同水平的组合有43=64种，如果6个因素，5个试验水平，全面试验的次数是56=15，625次。
对于这样一些问题，设计全面的试验往往耗时、费力，往往很难做到。
因此，如何设计多因素试验方案，选择合理的试验设计方法，使之既能减少试验次数，又能收到较好的效果。
“正交试验法”就是研究与处理多因素试验的一种科学有效的方法。
正交试验法在西方发达国家已经得到广泛的应用，对促进经济的发展起到了很好的作用。
在我国，正交试验法的理论研究工作已有了很大的进展，在工农业生产中也正在被广泛推广和应用，使这种科学的方法能够为经济发展服务。
正交试验法就是利用排列整齐的表-正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数的试验次数找到较好的生产条件，以达到最高生产工艺效果。
正交表能够在因素变化范围内均衡抽样，使每次试验都具有较强的代表性，由于正交表具备均衡分散的特点，保证了全面试验的某些要求，这些试验往往能够较好或更好的达到试验的目的。
正交试验设计包括两部分内容：第一，是怎样安排试验；第二，是怎样分析试验结果。
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多因素实验设计 (正交实验设计)
第一节 正交实验与正交表
一、正交实验
研究与处理多因素实验的一种科学方法.借助于正交表.正交表 设计的原理是:均衡分散性和整齐可比性
二、正交表及特点 （一）正交表定义
规格化的表格,每张表都有其特定的代号和意义,是正交实验设 计的工具.
L8 (2)7
L:正交表代号 8:该表共8行 2:表示2水平正交表,即每个因子都有两个水平
有可比性
L9 (3)4
列号
试验序号
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
7
yi
8
9
1
1
1
1
1
2
2
2
1
3
3
3
2
1
2
3
2
2
3
1
2
3
1
2
3
1
3
2
3
2
1
3
3
3
2
1
◆每一列中1、2、3 均各出现3次
◆无论哪两列出现的有序排列 (1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,1) 、(2,2) 、
(2,3) 、(3,1) 、(3,2) 、(3,3) 都是一次
因素位级表
位级 1 2 3
因素
阳柱出水 A(PH)值
4.0 4.5 6.0
污水进水 流量
B(m3/h)
污水进水浓度 树脂装填
( mg)
高度
C
体积比
3
40
1/2
4
40
2/3
5
50
3/4
实验考核指标是阴树脂的使用时间,而且该指标越大越好
试验序号
列号
L9 (3)4
1 2 3 4 5 6 7 8 9
yi
k1 k2 k3 k1 k2 k3 R
L8（27）
7
L18（61×36）
L18（61×36） L16（44×23）
L8（27）
L16（45)
L18（61×36） L16（44×23） L18（61×36） L16（44×23）
并列法
L8（41×24）的设计 由L8（27）的改造而成
将相同位级的正交表改造成位级数不同的正交表
把给定的正交表中的任意两列,按一定的规则变为一列, 使其字码改变为不等.
7:表示7列,即此表最多可安排7个因素的实验
L8 (2)7
列号
试验序号
1
2
3
4
5
6
7
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
2
2
2
3
1
2
2
1
1
2
2
4
1
2
2
2
2
1
1
5
2
1
2
1
2
1
2
yi
6
2
1
2
2
1
2
1
7
2
2
1
1
2
2
1
8
2
2
1
2
1
1
2
◆每一列中1、2均各出现4次 ◆无论哪两列出现的有序排列 (1,1)、(1,2)、(2,1)、(2,2) 都是两次
（二）正交实验分析
1、直接比较实验指标,从中选出实验指标最好的因素位级组合
9个实验中,第1号最好,其因素位级组合为A1B1C1D1 2、对实验结果进行计算
(1) 计算k1，k2，k3，…，kn,分别表示每个位级数相同的各 次实验结果的总合
(2) K1, K2 , K3 , Kn 分别表示每个位级数相同的各次实验结果 的平均水平
A 1
1(4) 1 1
2(4.5) 2 2
3(6) 3 3 544 544 475
181.3
181.3 158.3
23
B 2
1(3) 2(4) 3(5)
1 2 3 1 2 3 528 524 511 176
174.7 170.3
5.7
C 3
1(30) 2(40) 3(50)
2 3 1 3 1 2 532 513 518 177.3
L9 (3)4
L:正交表代号 8:该表共9行 2:表示3水平正交表,即每个因子都有三个水平
4:表示4列,即此表最多可安排4个因素的实验
（二）正交表特点
1、每一列中，不同数字出现的次数相同 2、任意两列中，同一横行的两个数字组成的有序排列
出现的次数相同
正交表两个明显特征：
1、均匀分散性。即正交表中不同因素之间的位级搭配是均匀的 2、整齐可比性。由于不同因素之间的位级搭配是均匀的，所以具
(3) 计算极差. 极差大小反映了实验中的相应因素对指标 的作用的显著性. 极差大说明该位级对实验结果造成 的差别大,是较重要的因素
(4) 比较各列的k 或 k 值,选出最佳的因素位级组合
实例分析:
某厂排放的铬污水,由于铬超标,造成环境污染,经研究分析,造 成铬超标的主要原因是阴树脂的再生效果差,使用周期短,而 影响阴树脂使用周期的主要原因是工艺.因此为了改进工艺, 需进行实验.所考察的因素及水平如表所示:
2
1
1
2
列号 试验序号
1 2 3 4
yi
5 6 7 8
L8 (41 24 )
1
4
5
6
7
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
1
1
2
2
2
2
2
1
1
3
1
2
1
2
3
2
1
2
1
4
1
2
2
1
4
2
1
1
2
第三节
不考虑交互作用 的正交实验设计
一、单指标正交实验 （一）正交实验基本步骤
1、确定实验指标 2、确定实验因素,选择位级 3、选择适合的正交表,进行表头设计 4、确定实验方案 5、进行实验,测定实验结果 6、对实验结果进行分析,找出最佳位级组合 7、对最佳位级组合重复实验,如效果重复出现,则终止实验
3
L8（41×24） L18（61×36） L4（23）
L9（34）, L16（45）
4
L8（41×24） L18（61×36） L9（34）
L9（34）, L16（45)
5
L8（41×24）
L18（61×36） L16（44×23）
L8（27）
6
L18（61×36）
L18（61×36） L16（42×23）
◆不具备控制手段，无法将因素控制在指定位级
3、位级 因素变化的各种状态，即因素的水 平 选择位级的原则 ◆ 位级以三个以上为好 ◆ 位级的取值尽量为等间隔，有利于效应曲线的计算分析
◆ 位级应当是具体的
（四）正交表的选用原则
位级、因素数、实验次数
正交表选择参考表
因素个数
有重点因素
无重点因素
要求少做实验 允许多做实验 要求少做实验 允许多做实验
11 12 21 22
列号
1
试验序号
2
1 2
3
3
4
5
4
6
7
8
原列
1
2
1
1
1
1
1
2
1
2
2
1
2
1
2
2
2
2
新列
1 1 2 2 3 3 4 4
L8 (2)7
列号
试验序号
1
2
3
4
5
6
7
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
2
2
2
2
3
1
2
2
1
1
2
2
4
1
2
2
2
2
1
1
yi
5
2
1
2
1
2
1
2
6
2
1
2
2
1
2
1
7
2
2
1
1
2
2
1
8
2
2
1
171 172.7
6.3
D 4
1(1/2) 2(2/3) 3(3/4)
（三）正交实验中涉及的几个概念
1、实验指标 在实验中用来衡量实验结果的量。 实验指标有可以用数字表示的定量指标，也有不能用数字直接 表示的 定性指标，但可通过打分、或定出等级用数字表示
2、因素 影响实验结果的实验条件（也叫因子）
选择因素的原则
◆对实验指标的规律已明确，或对实验考核指标没有影响 ◆实验技术不具备，无法测试数据