试验设计-第02篇-试验干扰控制

第二章试验干扰控制第一节试验干扰一、问题的提出1、试验设计发展程式：（正交试验设计）概念拉丁方正交表基本法有交互作用直接用混合表基本需要改造表调整因素水平综合一般需要多指标指标估计数据弥补实际生产均衡分布思想应用中心环节2、试验过程（程式）1˚试验方案数据处理优水平优搭配因素主次y优（正交～）过程获取数据方法光线示波器纸带磁带机磁带x-y记录仪图线直接测量、l间接测量统计：产量调查：抽样24R系统误差过失误差随机误差2˚问题，数据准不准iiiym1,2,3,...,inL实例：为减小玉米收获机械的收获损失，对其摘蕙装置进行试验研究，选定的因素水平如表所示，交互作用均不考察，试验指标为玉米损失率，当然越小越好。75046003乙1.8356502甲1.6407001摘辊型式D喂送速度C（m/s）辊倾角B（°C）摘蕙速度A（r/min）因素水平选表）（4824L二、判别方法A4B2C1D2最优组合BDCA主次因素D2C1B2A4优水平0.0130.0340.0020.1260.2350.2020.0030.280.0950.3750.2170.2500.2250.28∑1.810.2350.2020.2280.150.08112480.112214(750)70.34212360.411213(600)50.31122240.252112(650)30.172乙22(35)120.141甲11(40)1(700)1yD（4）C(m/s)（3）B(°C)（2）A(r/min)（1）ij4jy'jRjR3jy2jy1jy122121120.2250.228y空y空y空k(%)iyi-0.085-0.0850.0220.0850.1820.155-0.115-0.1480.140.170.250.310.410.340.110.080.2250.2280.2280.2250.2280.2250.2250.2281221211212345678JI1、计算y空iiyy空2、排序从大到小（或从小到大）i34568721iy345687213、比较：例：无线电元件厂对影响产品不合格因素及水平如表，全部交互作用可忽略，试验指标为产品不合格率y%越小越好。y空因素试验号空列112.171.20-0.97221.871.10-0.77332.302.300.00421.871.400.47532.303.401.10612.174.502.33732.301.20-1.10812.170.80-1.37921.873.101.23iiyy空iy空iy(3)(2)(6)(5)(8)(9)(4)(1)(7)(3)(4)(6)(5)(7)(9)(2)(1)(8)××××××××三、试验干扰1、干扰：使试验指标产生波动的条件因素，它们造成对试验的干扰，影响实验数据的准确性。2、原因：根本上讲，是试验条件的不均匀，造成条件因素未能很好有效控制。影响试验指标试验因素（对y波动越大越好）条件因素（对y波动越小越好）1˚因素水平，希望波动，可正交分析2˚水平控制，误差允许1%，如误差较大，用模糊正交设计3˚组合失控（正交表上看错行时)正交实验失败，回归设计分析1˚可控的未控好，协方差分析2˚不可控人机环境气候时间实验材质仪器温度用干扰控制3、如何控制干扰●任何一项试验都有干扰；●对指标影响不大者，可视为随机干扰，可归随机误差，要视具体试验（精度要求）而定；●对于验证性试验，要求规定统一的检验标准与实验条件；●对于探索性试验，尽量保证实验条件均匀一致，必须遵守实验设计三条基本原则：●设置区组，重复试验，随机化措施。第二节实验设计的原则一、设置区组1、区组：人为划分的试验时空范围（时间和空间）2、分区组的目的:缩小范围，消除差异，创造均匀。●区组内：试验时空范围小，认为实验条件一致，均匀。●区组间：试验时空范围大，认为实验条件不一致，不均匀。3、如何划分区组●根据试验具体情况，凡使试验条件产生差异，可能形成较大干扰的条件因素，都可划分区组。•时间（日期，季节）•空间（地块，试件，路段，场地）•仪器、设备（车床，车辆，测试仪器）•操作人员（操作技术水平）4、区组设计：在试验设计中占有重要地位1˚、利用区组合理安排试验方案，以控制试验干扰的设计方法。2˚、关键：按均衡分布思想安排试验的时间顺序与空间位置，以保证试验条件的均匀一致。ABCBCACABABCABCABC5、注意：试验前分析可能产生的干扰，主次排队，在编制方案时就考察如何控制干扰，使方案设计，干扰控制与结果处理融为一体，确定控制的方法。干扰是因素（原因），认为试验因素与干扰无交互作用，如果存在交互作用，就不能把干扰作为区组，而必须作为一个因素安排在试验中。二、重复试验1、概念：同一个试验单元的若干次重复•试验单元：•一种组合处理由始至终的完整的试验过程。一项多因素试验中，有几个组合处理就有几个试验单元，而重复取样是在试验单元内的多次取样。2、关键：做到是真正的重复试验，而不是重复取样。1˚概念上的区别：试验单元间，试验单元内。2˚误差上的区别：重复试验误差e（纯）单元间整体重复取样误差es（部分）单元内局部3、目的：1˚估计试验误差e(纯）2˚提高试验精度（）3˚扩大试验的适应性与代表性iy4、重复试验的方法1˚全部重复：选优，可靠性强，但是人力、物力、财力消耗很大，有些点不需要。2˚单点重复：在较优点、最优点或需要点重复，人、财、物、时耗资小。3˚先不重复，筛选出主要因素：再安排试验时再重复，根据试验具体情况和实际要求，合理确定。N2ˆNote：相同条件下的重复试验不能发现和减小系统误差。三、随机化措施1、目的•进一步消除干扰，创造试验条件均匀，使各号试验在排列上机会均等;•消除某号试验可能占有某种优势或劣势，对区组设计和重复试验中未能控制的干扰作进一步的控制;•使各号试验条件尽量一致。2、关键试验序号随机安排，使各号试验优劣均等。随机化包括：●试验序号的随机安排；●因素水平的随机安排；（不一定从大到小或者从小到大安排）●区组序号的随机安排；●重复试验的试验号，区组号的随机化。3、随机化方法•部分随机化抓阄掷子查随机数据表在完全随机化的基础上，再加上人为的调整。•完全随机化（CompletelyRandomizedDesign）●随机化可使系统误差转化为随机误差，从而可正确、无偏地估计试验误差，并可保证试验数据的独立性和随机性，以满足统计分析的基本要求。Note：在试验中，遵循随机化原则是消除系统误差的有效手段。提高试验准确性和精确性保证统计推断的可靠性随机化排列重复试验设置区组消除系统误差无偏估计试验误差估计和降低随机误差与重复试验结合，分离系统误差降低随机误差试验设计三原则关系第三节单向干扰控制一、概述1、单向干扰：一个条件因素对指标y造成较大影响2、控制方法：区组设计=〉正交表区组设计完全区组设计不完全区组设计二、完全区组设计1、概念：一个区组能容纳正交表所列全部组合处理的区组设计。A1B1C1、A1B2C2、A2B1C2、A2B2C12、特点（1）a（试验点小）一般2-4，最多不超过8-9个，a一般为4，即可选用L4(23)，L8(27)，L9(34)，L8(4x24)。（2）区组个数等于重复试验次数，有几个区组点重复几次。（3）控制干扰不占正交表的列，不影响部分实施的大小，区组设计与试验方案无关，是相互独立，先方案，后区组，不占列，不影响λ。3、方法步骤东方红40拖拉机与IL2-30悬挂犁机组最大耕深试验。条件：本试验用同一台拖拉机，同一个驾驶员，同一组测试人员和测试仪器。1°方案设计与基本法相同2°控制干扰，此种设计仅实施方案时=〉遵循三原则。(1)确定应控干扰及其控制方法(2)设置区组，不设不行，松软不均，影响耕深。(3)最低重复试验==区组设计个数（2个），不重复无区组而言。松软坚硬区组1区组2A1+2+3+4+1+2+3+413+42B+3+2+1413+42C24+31A：设区组、有重复，不随机化不行，换七次犁铧，没有清除土壤软硬影响。B：完全随机化，换四次，土壤影响在一定程度上消除。C：在完全随机化基础上调整（部分随机）换二次（松软均匀）。（4）随机化：4、结果分析R法，只需将重复试验的指标值都列上，取其平均值即可。5、优缺点优点：不影响方案设计，结果分析简单。缺点：a（试验号数）小，限制广泛应用。三、不完全区组设计1、概念：一个区组只能容纳正交表所列的一部分组合处理的区组设计。2、特点：•试验号可多，不受限制；•区组内试验量受限2-4，一般不超过6，且各区组试验号相等；•重复一次，即为所有区组的一次重复；•区组设计与方案设计有关，控制单向干扰需占正交表一列，该列称区组列或干扰列，使λ增大。干扰当作因素看待，占一列，有所得，必有所失；•试验数据需要修正。3、方法与步骤1°方案设计(1)考察并确定应控干扰G（土壤软硬不均）(3)表头设计：将G作为因素看待，且与其它因素无交互作用。(2)选表：C’=C因+C交+C干=3+0+1=4〉L9(34)575(4)编制方案A、B、C试验因素组合不变,G控制－－实施路线2°控制干扰遵守三原则[1]设置区组a.区组数等于区组列的水平数N=b区；每个区组内的组合处理数等于试验号除以区组列的水平a区=a/b区。b.区组内试验组合的具体划分将区组当成一个因素看待，以同一水平所有各号试验为一区组，不同水平即为不同区组。I：1，5，9；II：2，6，7；III：3，4，8[2]重复试验两次，即做6个区组，每重复一次即重复3个区组。[3]随机化措施试验号顺序区组号顺序重复试验松软坚硬I：1，5，9II：2，6，7III：3，4，817次12次[2]计算各区组对应指标均值),,(IIIIIIkyK13.233/)(951yyyyI43.223/)(762yyyyII23.203/)(843yyyyIII9.2＝区RI：1，5，9II：2，6，7III：3，4，83°结果分析[1]总平均值93.21y23.1322.4320.232.9[3]计算区组效应),,(IIIIIIkrK20.193.2113.23yyrII5.093.2143.22yyrIIII70.193.2123.20yyrIIIIIIyykK031kKr23.1322.4320.232.993.21y[4]计算试验指标校正值kiiryy'1.202.13.211'1Iryy0.225.05.222'2IIryy60.25)70.1(9.233'3IIIryy[5]以y′进行结果分析23.1322.4320.232.9第四节两向干扰设计一、两向干扰1、概念：同时存在两种必须控制的干扰①试验的时间、空间、人员、仪器和设备等产生的干扰中同时有二个需要控制。②在试验的空间中两个方向的较大差异，如地块两个方向土质不均，有两向干扰。③实际上，一项试验中可能同时有多种干扰存在。2、控制方法①利用正交表等水平不等水平②拉丁方、尧登方二、利用正交表控制两向干扰1、特点1°a（试验号）不受限制；2°需占正交表2列：G1、G2；3°两向控制皆是不完全区组设计，两向区组数等，等水平不等，不等水平4°列出两向干扰控制表；5°yi应进行两向校正。2、方法步骤（与单向不完全区组设计类似）在非路面条件下进行某越野汽车的通过性试验，重点考察轮胎的结构参数和工作参数，试验因素及其水平如下表，交互作用均可忽略，试验指标为滑转率。1°考察并确定应控干扰G1----节省时间，同时试验，两台车，两组人员，仪器和试验操作人员有差异，可能造成试验条件的较大差异，而形成干扰；G2----室外试验，考验试验场地发现，各处坚实度有差异，试验场地的不同，坚实度会形成试验干扰。2°方案设计①选表6204CC干交因CCamin)2(78L②表头设计a、先因素（包括交互作用）后干