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1、第五章 试验设计试验设计 韩韩 之之 俊俊 南京理工大学经济管理学院南京理工大学经济管理学院 目 录 5.1 正交表简介 5.2 二水平正交试验 5.3 三水平正交试验 5.4 水平数不等的正交试验 5.5 正交试验设计案例 5.6 问题与讨论 5.1 正交表简介 N0.1234567 11111111 21112222 31221122 41222211 52121212 62122121 72211221 82212112 (1) 正交表L8(27) (2) L8(27)两列间交互作用表 列 列 1234567 (1)325476 (2)16745 (3)7654 (4)123 (5)32
2、 (6)1 (3) 正交表L9(34) No. 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 (4) 水平数不等的正交表L8(4124) No.12345 111111 212222 321122 422211 531212 632121 741221 842112 (5) 正交表L12(211) No.1234567891011 111111111111 211111222222 311222111222 412122122112 512212
3、212121 612221221211 721221122121 821212221112 921122212211 1022211112212 1122121211122 1222112121221 (6) 正交表L18(2137) 列号No.12345678 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3
4、 1 3 1 2 2 3 1 3 1 2 1 2 3 2 3 1 1 2 3 3 1 2 3 1 2 2 3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1 2 3 1 3 1 2 1 2 3 1 2 3 3 1 2 3 1 2 1 2 3 2 3 1 2 3 1 5.2 二水平正交试验 5.2.1 基本步骤 (1)明确目的、确定指标 (2)挑因素、选水平、制定因素水平表 (3)选正交表 (4)表头设计 (5)试验方案设计 (6)试验实施 (7)试验数据分析 法一：直观分析法 法二：极差分析法 法三：方差分析法 (8)最佳方案确定
5、 (9)工程平均估计 (10)验证试验 5.2.2 案例 案例：乙酰胺苯磺化反应正交试验 （1）目的与指标 目的优化工艺 指标收率 （2）因素水平表 不搅拌272702 搅拌17（%）1（h)50( )1 DCBA 因素 水 平 （3）表头设计 列 号 1234567 因 素 ABA BCD （4） 试验数据表 NO. A 1 B 2 AB 3 C 456 D 7 yi（%） 1111111165 2111222274 3122112271 4122221173 5212121270 6212212173 7221122162 8221211267 T128328226826827627527
6、3 T=555 T2272273287287279280282 R1191919359CT=38503.125 S15.12510.12545.12545.1251.1253.12510.125ST=129.875 （5） 方差分析表 来源SfvF值 A15.125115.1257.12 B10.125110.1254.76 AB45.125145.12521.24* C45.125145.12521.24* D10.125110.1254.76 e4.25022.125 T129.8757 注:F12(0.99)=98.49, F12(0.95)=18.51 （6） A、B二元配置表 B1B
7、2 A1139144 A2143129 5.3 三水平正交试验 序号123456 疵点 类型 搭丝漏焊拉尖半焊气孔其它合计 权数 a1= 0.45 a2= 0.20 a3= 0.12 a4= 0.10 a5= 0.08 a6= 0.05 1.00 频数C1C2C3C4C5C6C 案例: 波焊工艺优化 （1） 目的与指标 目的优化波焊工艺 指标加权平均缺陷数 （2） 波焊试验因素水平表 因素 水平 A 焊接温度 () B 焊接速度 (cm/s) C 锡波高度 (cm) D 预热时间 (s) 12504220 225552.525 32606330 （3） 波焊试验数据表 NO. A 1 B 2
8、C 3 D 4 yi 1111142.31 2122235.23 3133325.30 4212340.48 5223111.40 6231214.39 7313228.10 8321316.67 9332121.58 T1102.84110.8973.3775.29T=235.46 T266.2763.3097.2977.72 T366.3561.2764.8082.45 R36.5749.6232.497.16CT=6160.16 S296.54525.67189.028.85ST=1020.08 （4） 波焊试验方差分析表 来源SfVF值 A296.542148.2733.47 * B5
9、25.672262.8459.33 * C189.02294.5121.33 * D8.85*2 * (e)(8.85)(2)(4.43) T1020.088 F22 (0.95 ) =19.00， F22 (0.99) =99.01 5.4 水平数不等的正交试验 5.4.1 混合水平正交表法 5.4.2 正交表的灵活应用 5.4.1 混合水平正交表法 案例：化油器的优化设计 （1）目的与指标 目的寻找一种在不同天气条件下均有较小比 油耗的化油器。 指标比油耗 （2）因素水平表 （3）试验数据表 因素一水平二水平三水平 A：大喉管直径323436 B：中喉管直径222120 C：小喉管直径10
10、98 D：空气量管直径1.21.00.8 E：天气高气压低气压 No. EABCDy 12345678 111111111240.7 211222222230.1 311333333236.5 412112233217.1 512223311210.5 612331122306.8 713121323247.1 813232131228.3 913313212237.7 1021133221208.4 1121211332253.3 1221322113232.0 1322123132209.2 1422231213245.1 1522312321234.1 1623132312217.7 1
11、723213123209.7 1823321231339.8 T12154.81340.21392.61632.81426.7T=4304.1 sT=19770.5 T22149.31377.01468.71359.21478.2 T31580.91442.81312.01399.2 s1.75904.1499.09997.3536.1 （4）方差分析表 来源sfVF比 A5904.1 22952.0 9.92* B499.02249.5 C9997.3 24998.7 16.79* * D 536.12268.0 E 1.711.7 e 2832.3 8354.0 (e)(3869. 1)
12、(13)(297.6 ) T19770. 5 17 5.4.2 正交表的灵活应用 5.4.2.1 并列法 案例：聚氨酯合成橡胶工艺优化 （1）目的与指标 目的优化工艺 指标抗胀强度 （2）因素水平表 考虑交互作用AB,A C A44 A33 D2C2B2A22 D1C1B1A11 DCBA 水平 因素 （3）选正交表 L16(215) （4）表头设计 （5）试验数据表 因素 A B AB C AC D 列号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 No.ABABCACDY-100 123456789101112131415 1111111111111175 211
13、11122222222131 31222211112222-3 4122222222111136 5211221122112269 6211222211221198 7222111122221162 8222112211112242 9312121212121250 103121221212121125 11321211212212170 123212121211212140 13412211221122191 14412212112211289 154211212212112104 16421122112122190 T123972877767970051864751167259361065
14、4647T=126 9 sT=21 159 T2271541492590569751622758597670659615622 T3385 T4374 s401921865077495107333993938133524311509539 （6）方差分析表 来源SfVF比 A40193134014.11 B21861218623.01 C33931339335.72 D43114314.54 AB66453221523.32 A C42043140114.75 e284395 T2115915 F0.95(1,3)=10.13,F0.95(3,3)=9.28 （7）A，B的二元配置表 （8）A
15、，C的二元配置表 A1A2A3A4 B1103.083.587.590.0 B216.552.0105.097.0 A1A2A3A4 C136.065.560.097.5 C283.570.0132.589.5 5.4.2.2 拟水平法 案例：三甲脂合成工艺优化 （1）目的与指标 目的优化合成工艺 指标转化率 （2）因素水平表 ABC 1A1B1C1 2A2B2C2 3B3C3 （3）选正交表 L9(34) （4）表头设计 （5）试验数据表 因素 A B C 列号 1 2 3 4 No.ABCy 1234 1111180.5 2122287.5 3133389.0 4212379.6 5223
16、182.8 6231288.2 7213278.2 8221383.3 9232183.4 T1257.0238.3252.0251.7T=757.5 ST=141.18 T2500.5253.6255.5253.9 T3265.6250.0251.9 S10.12124.825.170.99 （6）方差分析表 来源SfVF比 A10.12110.1228.11* B124.82262.41173.36* C5.1722.597.19 e1.0830.36 T141.188 F0.95(1,3)=10.1,F0.99(2,3)=30.8 5.5 正交试验设计案例 5.5.1 多指标正交试验设计 5.5
