实验设计与数据处理(第一部分)VIP专享VIP免费

实验设计与数据处理2016.03主讲：赵爽课程性质实验设计和数据处理是一项通用技术，是当代科技和工程技术人员必须掌握的技术方法。课程任务使学生了解实验设计和数据处理的基本知识和基本概念，初步掌握常用的实验设计方法，初步掌握几种实验数据的分析方法，为毕业设计阶段结合实际研究内容进行化学实验设计和数据分析打下基础。第一章实验设计简介1.1实验设计的概念与意义实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。（多、快、好、省）设计一个好的实验方案概率论与数理统计知识广博的专业技术知识丰富的实际经验例某农场想移植外地的优良品种，选了A，B，C三种品种进行试验，看哪一种品种在本地更适合一些。表1.1人造再生木材实验因素水平表A（配比）B（反应温度）/℃C（反应时间）/min11：11503022：31653533：718040水平因素先固定B和C为B1、C1，变化AB1C1A1A2A3例某厂想用高压聚乙烯与木屑化合物加温加压试制“人造再生木材”实验结果A3最好，然后固定A为A3、C为C1，变化BA3C1B1B2B3实验结果B2最好，然后固定A为A3、B为B2，变化CA3B2C1C2C3实验结果A2最好，于是下结论说A3B2C2最好。简单对比法简单对比法的优缺点:优点:实验次数少缺点:（1）试验点不具代表性。考察的因素水平仅局限于局部区域，不能全面地反映因素的全面情况。（2）无法分清因素的主次。（3）如果不进行重复试验，实验误差就估计不出来，因此无法确定最佳分析条件的精度。（4）无法利用数理统计方法对实验结果进行分析，提出展望好条件。A1A2A3B3B2B1C1C2C3另一种方法叫全面实验法，就是把三个因素的所有水平都一一搭配起来，从而找出最好的实验条件。A1B1C1A2B1C1A3B1C1A1B1C2A2B1C2A3B1C2A1B1C3A2B1C3A3B1C3A1B2C1A2B2C1A3B2C1A1B2C2A2B2C2A3B2C2A1B2C3A2B2C3A3B2C3A1B3C1A2B3C1A3B3C1A1B3C2A2B3C2A3B3C2A1B3C3A2B3C3A3B3C3共有3³=27次实验。如图所示，立方体包含了27个节点，分别表示27次试验。A1A2A3B3B2B1C1C2C3全面实验法的优缺点:优点:对各因素与实验指标之间的关系剖析得比较清楚缺点：（1）实验次数太多，费时、费事，当因素水平比较多时，实验无法完成。（2）不做重复实验无法估计误差。（3）无法区分因素的主次。例如选六个因素，每个因素选五个水平时，全面实验的数目是56＝15625次。实验设计可以帮助我们有效地解决如下问题：科学地、合理地安排实验，可以减少实验次数，缩短实验周期，节约人力、物力，提高经济效益，尤其当因素水平较多时，效果更为显著。通过对实验的设计和结果分析能使我们在众多的因素中分析主次，找出影响指标的主要因素。通过实验设计可以分析因素之间交互作用影响的大小。通过方差分析，可以分析出实验误差影响的大小，提高实验的精度。通过实验设计能尽快地找出较优的设计参数或生产工艺条件，并通过对实验结果的分析、比较，找出达到最优化方案进一步实验的方向。能对最优方案的指标值进行预测。1.2实验设计的发展概况20世纪二三十年代，由于农业实验的需要，英国统计学家费歇耳(R.A.Fisher)在实验设计和统计分析方面做出了一系列先驱工作，从此开创了一门新的应用技术学科。20世纪三四十年代，英国、美国、苏联等国将实验设计法逐步推广到工业生产领域中。第二次世界大战期间，英美等国在国防工业实验中采用实验设计法取得显著效果。战后，日本把实验设计作为管理技术之一。20世纪五十年代，田口玄一博士创造了用正交表安排分析实验的正交实验设计法，在方法解说方面深入浅出为实验设计的更广泛使用作出了巨大的贡献。我国实验设计法的发展我国从20世纪50年代后期，在著名统计学家许宝禄教授引导下，数学工作者才深入实验设计这个领域。20世纪60年代末，我国研究人员编制了一套较为适用的正交表，创立了简单易懂的正交实验方法。自20世纪70年代以来，国内在研究和推广正交实验设计方面有了很大的进展，成果日渐增多，已经取得了至少上万项的好成果。为解决导弹弹道系统的指挥仪设计问题，1978年中科院王元院士和方开泰研究员提出了均匀设...