精选试验优化设计资料
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试验优化设计实例
王继娜
一、绪言
目录
二、试验设计举例
三、试验数据处理举例
一、绪言
在生产中，多快好省地完成任务，是我们预期的目标 现有设备和原材料条件下，如何合理安排生产工艺，使
产量最高、质量最好； 在保证产品的产量和质量的前提下，使消耗最少； 工程设计中，如何选取合适的设计参数，使质量最好或
好； 因素4均值3最大，即冰冻温度为-40℃时再生效果最好。 因素4的极差最大，其次为因素1，因素2和因素3的极差
相差不大；即冰冻温度对再生效果的影响最大，其次为 旧砂含水量，再生时间和再生转速对再生效果影响较小。
步骤十一：效应曲线图 分析 效应曲线图
图6 效应曲线图
最佳工艺参数组合：含水量10%，再生时间8min，再 生转速1000r/min，冰冻温度-40℃ 再生脱膜率：43.1%
步骤二：新建实验
文件
新建工程
实验 新建
步骤三：填写实验说明
步骤四：选择正交表
步骤五：填写因素和水平
步骤六：实验计划生成
步骤七：正交试验表格
步骤八：进行实验，填写实验结果
步骤九：进行直观分析
分析
直观分析
因素1均值2最大，即含水量为10%时再生效果最好； 因素2均值2最大，即再生时间为8min时再生效果最好； 因素3均值2最大，即再生转速为1000r/min时再生效果最
X6 X7 X8 x9
正交实验的数据处理方法有两种：直观法和方差分析法。 直观法简单易行，直观，计算量少，应用比较普遍。通 过直观分析主要解决两个问题： ①哪些因素对指标影响大，哪些因素影响较小或没有影 响？ ②根据因素对指标影响的大小次序，如何选择各因素的 水平对指标有利？
（3）软件：正交设计助手 步骤一：打开软件
正交试验：四因素三水平试验 构造正交表，设计正交试验 软件：正交设计助手
（2）构造正交表 表1 L9（34）
实验号
1
1
1
列号
2
3
1
1
2
1
2
2
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4
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2
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9
3
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2
指标
4
1
X1
2
X2
3
X3
3
X4
1
X5
2
X6
2
X7
3
X8
1
x9
将对应的因素、水平一一代入； 进行正交实验，记录实验结果； 分析实验结果。
总结
通过单因素试验确定正交试验因素和水平 旧砂含水量：5%，10%，15%；再生时间：6min，8min， 10min；再生转速：800r/min，1000r/min，1200r/min；冰 冻温度：-10℃，-25 ℃，-40 ℃ 构造正交试验表或者借助正交设计助手设计正交试验，
（4）旧砂冰冻温度对再生效果的影响（共4组试验）
图5 冰冻温度对脱膜率的影响 （旧砂含水量10%，再生转速1000r/min，再生时间8min）
通过18组单因素试验可以确定再生效果的 影响因素包括： 旧砂含水量 再生时间 再生设备转速 冰冻温度
4、正交试验优化工艺参数
多因素多水平试验 对每个因素每个水平的相互搭配进行全面实验，是困难
图2 旧砂含水量对脱膜率的影响 （冰冻温度-40℃，再生转速1000r/min，再生时间8min）
（2）再生时间对再生效果的影响（共4组试验）
图3 再生时间对脱膜率的影响 （冰冻温度-40℃，旧砂含水量10%，再生转速1000r/min）
（3）再生设备转速对再生效果的影响（共5组试验）
图4 再生转速对脱膜率的影响 （冰冻温度-40℃，旧砂含水量10%，再生时间8min）
试验名称： “冰冻—机械”干法再生水玻璃旧砂工艺参 数优化
试验目的：测试旧砂的含水量、冰冻温度、再生时间和 再生转速对再生效果的影响，探索最佳的“冰冻—机械” 再生水玻璃旧砂的工艺参数。
试验指标：脱膜率 脱膜率= [ (ω1- ω2)/ ω1 ]×100% ω1为水玻璃旧砂中的Na2O含量，ω2为水玻璃再生砂中的 Na2O含量。
实验号
1 2 3 4 5
6 7 8 9 均值1 均值2 均值3 极差
表2 试验结果分析（直观分析法）
列号
1
2
3
Baidu Nhomakorabea
4
1
1
1
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2
2
2
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2
1
k11
K21
K31
K41
k12
K22
K32
K42
k13
k23
k33
k43
L1
L2
L3
L4
指标
X1 X2 X3 X4 X5
试验步骤： （1）通过单因素试验确定再生效果的影响因素； （2）通过正交试验优化再生工艺参数。
1、试验装置
1—上筒体 2—下筒体 3—旋转轴 4—顶柱螺栓 5—隔热层 6—液氮入口A 7—抽风口 8—反射叶片9—再生转盘10—循环叶片11—真空保温层12—液氮层 13—液氮入口B
14—数码测温仪15—传感器触头 16-垫片 图1 冰冻再生筒体结构示意图
者用料最省； 科学实验中，如何安排实验，使费用最省或者效果最好
等等
试验设计应保证：
试验次数尽量少，而试验结果包含的信息尽量多，同时在 进行数据的统计分析时便于提取这些信息。
数据的统计分析方法是由试验的设计方法相应的数学模型 所决定的。
试验设计中的两个基本原理是重复和随机化。
二、试验设计举例
的甚至是不可能的 四因素三水平，全面实验要进行34=81次 正交试验，均衡搭配，选出代表性较强的少数实验来求
得最优或较优的实验条件
正交试验设计步骤：
明确试验目的 选定因素和水平 选用正交表，做表头设计 按方案进行试验，记录试验结果 结果分析
（1）“冰冻-机械”再生水玻璃旧砂工艺参数优化正交试 验的四因素三水平为： 旧砂含水量：5%，10%，15% 再生时间：6min，8min，10min 再生转速：800r/min，1000r/min，1200r/min 冰冻温度：-10℃，-25 ℃，-40 ℃
2、试验方法
将旧砂加入一定量的水混匀； 放入深冷冰箱内在一定的冰冻温度下彻底冰冻； 取出破碎、放入机械干法再生试验装置； 在冰冻情况下进行再生； 测试旧砂再生前后的残留Na2O含量、计算脱膜率来衡定
再生效果，脱膜率越高，再生效果越好。
3、单因素试验确定再生效果的影响因素
（1）旧砂含水量对再生效果的影响（共5组试验）
王继娜
一、绪言
目录
二、试验设计举例
三、试验数据处理举例
一、绪言
在生产中，多快好省地完成任务，是我们预期的目标 现有设备和原材料条件下，如何合理安排生产工艺，使
产量最高、质量最好； 在保证产品的产量和质量的前提下，使消耗最少； 工程设计中，如何选取合适的设计参数，使质量最好或
好； 因素4均值3最大，即冰冻温度为-40℃时再生效果最好。 因素4的极差最大，其次为因素1，因素2和因素3的极差
相差不大；即冰冻温度对再生效果的影响最大，其次为 旧砂含水量，再生时间和再生转速对再生效果影响较小。
步骤十一：效应曲线图 分析 效应曲线图
图6 效应曲线图
最佳工艺参数组合：含水量10%，再生时间8min，再 生转速1000r/min，冰冻温度-40℃ 再生脱膜率：43.1%
步骤二：新建实验
文件
新建工程
实验 新建
步骤三：填写实验说明
步骤四：选择正交表
步骤五：填写因素和水平
步骤六：实验计划生成
步骤七：正交试验表格
步骤八：进行实验，填写实验结果
步骤九：进行直观分析
分析
直观分析
因素1均值2最大，即含水量为10%时再生效果最好； 因素2均值2最大，即再生时间为8min时再生效果最好； 因素3均值2最大，即再生转速为1000r/min时再生效果最
X6 X7 X8 x9
正交实验的数据处理方法有两种：直观法和方差分析法。 直观法简单易行，直观，计算量少，应用比较普遍。通 过直观分析主要解决两个问题： ①哪些因素对指标影响大，哪些因素影响较小或没有影 响？ ②根据因素对指标影响的大小次序，如何选择各因素的 水平对指标有利？
（3）软件：正交设计助手 步骤一：打开软件
正交试验：四因素三水平试验 构造正交表，设计正交试验 软件：正交设计助手
（2）构造正交表 表1 L9（34）
实验号
1
1
1
列号
2
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1
1
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指标
4
1
X1
2
X2
3
X3
3
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1
X5
2
X6
2
X7
3
X8
1
x9
将对应的因素、水平一一代入； 进行正交实验，记录实验结果； 分析实验结果。
总结
通过单因素试验确定正交试验因素和水平 旧砂含水量：5%，10%，15%；再生时间：6min，8min， 10min；再生转速：800r/min，1000r/min，1200r/min；冰 冻温度：-10℃，-25 ℃，-40 ℃ 构造正交试验表或者借助正交设计助手设计正交试验，
（4）旧砂冰冻温度对再生效果的影响（共4组试验）
图5 冰冻温度对脱膜率的影响 （旧砂含水量10%，再生转速1000r/min，再生时间8min）
通过18组单因素试验可以确定再生效果的 影响因素包括： 旧砂含水量 再生时间 再生设备转速 冰冻温度
4、正交试验优化工艺参数
多因素多水平试验 对每个因素每个水平的相互搭配进行全面实验，是困难
图2 旧砂含水量对脱膜率的影响 （冰冻温度-40℃，再生转速1000r/min，再生时间8min）
（2）再生时间对再生效果的影响（共4组试验）
图3 再生时间对脱膜率的影响 （冰冻温度-40℃，旧砂含水量10%，再生转速1000r/min）
（3）再生设备转速对再生效果的影响（共5组试验）
图4 再生转速对脱膜率的影响 （冰冻温度-40℃，旧砂含水量10%，再生时间8min）
试验名称： “冰冻—机械”干法再生水玻璃旧砂工艺参 数优化
试验目的：测试旧砂的含水量、冰冻温度、再生时间和 再生转速对再生效果的影响，探索最佳的“冰冻—机械” 再生水玻璃旧砂的工艺参数。
试验指标：脱膜率 脱膜率= [ (ω1- ω2)/ ω1 ]×100% ω1为水玻璃旧砂中的Na2O含量，ω2为水玻璃再生砂中的 Na2O含量。
实验号
1 2 3 4 5
6 7 8 9 均值1 均值2 均值3 极差
表2 试验结果分析（直观分析法）
列号
1
2
3
Baidu Nhomakorabea
4
1
1
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K41
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k43
L1
L2
L3
L4
指标
X1 X2 X3 X4 X5
试验步骤： （1）通过单因素试验确定再生效果的影响因素； （2）通过正交试验优化再生工艺参数。
1、试验装置
1—上筒体 2—下筒体 3—旋转轴 4—顶柱螺栓 5—隔热层 6—液氮入口A 7—抽风口 8—反射叶片9—再生转盘10—循环叶片11—真空保温层12—液氮层 13—液氮入口B
14—数码测温仪15—传感器触头 16-垫片 图1 冰冻再生筒体结构示意图
者用料最省； 科学实验中，如何安排实验，使费用最省或者效果最好
等等
试验设计应保证：
试验次数尽量少，而试验结果包含的信息尽量多，同时在 进行数据的统计分析时便于提取这些信息。
数据的统计分析方法是由试验的设计方法相应的数学模型 所决定的。
试验设计中的两个基本原理是重复和随机化。
二、试验设计举例
的甚至是不可能的 四因素三水平，全面实验要进行34=81次 正交试验，均衡搭配，选出代表性较强的少数实验来求
得最优或较优的实验条件
正交试验设计步骤：
明确试验目的 选定因素和水平 选用正交表，做表头设计 按方案进行试验，记录试验结果 结果分析
（1）“冰冻-机械”再生水玻璃旧砂工艺参数优化正交试 验的四因素三水平为： 旧砂含水量：5%，10%，15% 再生时间：6min，8min，10min 再生转速：800r/min，1000r/min，1200r/min 冰冻温度：-10℃，-25 ℃，-40 ℃
2、试验方法
将旧砂加入一定量的水混匀； 放入深冷冰箱内在一定的冰冻温度下彻底冰冻； 取出破碎、放入机械干法再生试验装置； 在冰冻情况下进行再生； 测试旧砂再生前后的残留Na2O含量、计算脱膜率来衡定
再生效果，脱膜率越高，再生效果越好。
3、单因素试验确定再生效果的影响因素
（1）旧砂含水量对再生效果的影响（共5组试验）