1正交设计实验报告

学生学号0120901010711`实验课成绩学生实验报告书实验课程名称计算机在材料科学与工程中的应用开课学院材料学院指导教师姓名黄赟学生姓名学生专业班级材科09072011—2012学年第2学期实验报告填写规范1、实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定本实验报告书写规范。2、本规范适用于管理学院实验课程。3、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。在课程全部实验项目完成后，应按学生姓名将各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，并给出实验课程成绩。4、学生必须依据实验指导书或老师的指导，提前预习实验目的、实验基本原理及方法，了解实验内容及方法，在完成以上实验预习的前提下进行实验。教师将在实验过程中抽查学生预习情况。5、学生应在做完实验后三天内完成实验报告，交指导教师评阅。6、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，同时要认真完整保存实验报告。在完成所有实验项目后，教师应将批改好的各项目实验报告汇总、装订，交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。附表：实验成绩考核建议观测点考核目标成绩组成实验预习1．对验证型实验，考察对实验原理与方法的预习情况2．对于综合型、设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1．是否按时参加实验2．对实验过程的熟悉程度3．对基本操作的规范程度4．对突发事件的应急处理能力5．实验原始记录的完整程度6．同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据2．计算结果是否正确3．实验结果分析是否合理4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用实验项目名称正交试验设计实验成绩实验者专业班级材科0907组别同组者实验日期2012年3月22日一、实验目的、意义1、理解正交设计实验的原理和方法；2、学会使用正交设计软件；3、学会利用正交设计方法来减少实验次数，更有效地得出实验结果；4、树立正确的整体分析思想，培养分析问题、解决问题的能力；5、了解正交设计方法在材料科学与工程中的应用。二、实验基本原理与方法1、正交试验设计(Orthogonalexperimentaldesign)是利用规格化的正交表，恰当地设计出试验方案和有效地分析试验结果，提出最有配方和工艺条件，并进而设计出更优秀的试验方案的一种科学方法。是一种高效率、快速、经济的试验设计方法。2、正交表是利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面实验方案（点）中，为挑选出少量具有代表性的试验点，所制成的排列整齐的规格化表格。正交表用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)，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。3、正交性原理是设计正交表的科学依据，它主要表现在“均衡搭配”和“整齐可比”两个方面。①均衡搭配是指用正交表所安排的试验方案，能均衡地分散在水平搭配的各种组合方案之中，因而其试验组合条件具有代表性，容易选出最优方案。②整齐可比是指为了对某一因素比较其各水平的作用，从中选出优秀水平时，其余相应的水平出现的次数应该相同，以便最大限度地排除其他因素的干扰，使这一因素的几个水平之间具有可比性。4、正交试验分析方法①直接对比法直接对比法就是对试验结果进行简单的直接对比。直接对比法虽然对试验结果给出了一定的说明，但是这个说明是定性的，而且不能肯定地告诉我们最佳的成分组合。显然这种分析方法虽然简单，但是不能令人满意。②直观分析法——极差分析直观分析法是通过对每一因素的平均极差来分析问题。所谓极差就是平均效果中最大值和最小值的差，用S表示。有了极差，就可以找到影响指标的主要因素，并可以帮助我们找到最佳因素水平组合。③图形分析法以因素的水平值为横坐标，以相应因素的同水平所导致的结果之和为纵坐标，画出每一因素个水平对结果影响的趋势图。利用趋势图来分析各因素的水平。④方差分析法方差分析法是将总的离差平方和分解成各因素及各交互作用的离差平方和，构造F统计量，对各因素是否对试验指标具有显著影响，作F检验。三、实验内容及要求学会利用正交试验设计解决实际问题，本实验中安排了3个具体问题，分别如下：1、为了提高某种产品的质量，研究A（温度，℃）、B（压力，kg）、C（配比，%）、D（时间，h）四个因子对质量指标的影响，每个因子取三个水平，见表1。选择合适的正交表安排试验，用直观分析法寻找最优试验方案。2、为了提高铸件的精铸性能指标，确定最优工艺条件，研究五个具有2水平的因子，见表3，且A与B、B与C之间存在交互作用，见表4。3、使用正交表方差分析方法，确定T8钢的最优热处理工艺条件，因子及水平见表7。四、实验过程记录正交试验设计的过程：1、明确实验目的，确定考核指标；2、挑因素，选水平；3、选用合适的正交表；4、用正交表安排实验；5、对正交试验设计结果进行分析，包括极差分析和方差分析；6、确定最优或较优因素水平组合。五、实验原始记录（程序设计类实验：包括原程序、输入数据、运行结果、实验过程发现的问题及解决方法等；分析与设计、软件工程类实验：编制分析与设计报告，要求用标准的绘图工具绘制文档中的图表。系统实施部分要求记录核心处理的方法、技巧或程序段；其它实验：记录实验输入数据、处理模型、输出数据及结果分析）1、研究某产品A（温度，℃）、B（压力，kg）、C（配比，%）、D（时间，h）四个因子对质量指标的影响表1各因子的水平因子水平A（温度，℃）B（压力，kg）C（配比，%）D（时间，h）123430450470102030357123①根据因素个数和因子水平，选择L9（34）正交表②L9（34）试验计划及结果分析表如下：表2L9（34）试验计划及结果分析表因素试验号A（温度，℃）1B（压力，kg）2C（配比，%）3D（时间，h）4质量指标111112221222523133343421235852231616231261731325583213709332164k139.00045.00051.00049.000k260.00061.00058.00056.000k363.00056.00053.00057.000△R24.00016.0007.0008.000试验结果分析：（1）绘制因子和水平与产品质量指标关系图，如下：图1因子和水平与质量指标的关系图（2）质量指标越高，质量越好。因子影响指标的主次顺序从△R值看出：（主）A→B→D→C（次）（3）方案选择：从表2得到最优方案A3B2C1D3（质量指标是9次试验中最高的），但从图1中得到最优方案A3B2C2D3。通过试验再比较这两个方案，从而选定最后试验方案。2、提高铸件的精铸性能指标表3各因子水平因子水平A硬化剂相对密度B硬化时间（min）C硬化剂温度（℃）D晾干时间（min）E脱蜡条件121.481.222413251540NH4ClHCl①根据因素个数和因子水平，选择L8（27）正交表②L8（27）试验计划及结果分析表如下：表4A与B、B与C之间交互作用和性能指标（L8(27)）因素试验号A1B2A×B3C4D5B×C6E7性能指标1111111182111222210312211226412222110521212120621221210722112210822121124k16.0004.5005.5003.5004.5003.0002.000k21.0002.5001.5003.5002.5004.0005.000△R5.0002.0004.0000.0002.0001.0003.000试验结果分析：（1）绘制因子和水平与性能指标的关系图，如下：图2因子和水平与性能指标的关系图（2）性能指标越高，精铸性能越好。因子对指标的影响主次顺序是：（主）A→A×B→E→B=D→B×C→C（次）（3）绘制A与B、B与C的交互作用表，如下：表5A与B交互作用表表6B与C交互作用表AB1.481.22BC241212219.0000.0001314.0003.000423.0002.0002525.0002.000（4）方案选择：A因子中以A1较好，A×B因子中也是1水平好。对应A×B的1水平，A，B的搭配为A1B1或A2B2，既然A选了A1，B就选B1，这与直接从B出选B1是一致的。由于A×B比B的影响大，所以优选考虑A×B因子。从B×C因子看以2水平好。对应B×C的2水平，C选择C2。对D、E两因子从表4中可看出D选择D1，E选择E2。上诉分析最优方案应是A1B1C2D1E2。通过试验再比较这个方案和表4中的第2号方案A1B1C2D2E2（性能指标是8次试验中最高的），从而选定最后试验方案。3、确定T8钢的最优热处理工艺条件表7各因子的水平因子水平A（温度，℃）B时间（min）C冷却液D操作方法128008201511油水D1D2①根据因素个数和因子水平，选择L8（27）正交表②L8（27）试验计划及结果分析表如下：表8L8（27）试验计划及结果分析列号试验号A（℃）1B（min）2A×B3C4e（误差）5E（误差）6D7硬度11111111-521112222431221122141222211352121212062122121372211221-882212112-3k10.7500.500-3.000-3.000-1.000-1.250-1.750k2-2.000-1.7501.7501.750-0.2500.0000.500△R2.7502.2504.7504.7500.7501.2502.250③试验结果的方差分析表如下：表9试验结果的方差分析表因素方差S自由度fF比F临界值显著性A（温度）15.12517.11818.500B（时间）10.12514.76518.500A×B（交互作用）45.125121.23518.500*C（冷却液）45.125121.23518.500*e（误差）1.12510.52918.500E（误差）3.12511.47118.500D（操作方式）10.12514.76518.500SE（误差）4.252试验结果分析：（1）从因素C及A×B来看，F值21.235均大于18.500，既有95%的可信度，说明C和A×B是显著的，故表上“*”号。（2）因素A、B、D的F值均大于2.570，因而有75%的可信度，说明他们显著，但是比起C和A×B来就不显著了。（3）用F检验判定因素的主次：（主）C=A×B→A→B=D（次）（4）方案选择：因C是显著因素，由于k2k1，故选C2方案。A×B也是显著因素，由于k2k1，选2水平，则为A1B2或A2B1，因A比B重要，故先确定A，取A1，故选定为A1B2。D不显著，选D2。则最优方案是A1B2C2D2，即温度800℃，时间11min，冷却液用水，D2操作方法。六、实验结果与讨论1、从实验1中可得：从表2得到最优方案A3B2C1D3（质量指标是9是试验中最高的），但从图1中得到最优方案A3B2C2D3。通过试验再比较这两个方案，从而选定最后试验方案。具体分析见第五部分。2、从实验2中可得：从图2、表5和表6分析得到最优方案应是A1B1C2D1E2，通过试验再比较这个方案和表4中的第2号方案A1B1C2D2E2（性能指标是8次试验中最高的），从而选定最后试验方案。具体分析见第五部分。3、从实验