干货:正交试验设计法

一、概述

1、正交试验设计法(正交试验法)-是利用正交表来合理安排试验的一种方法。

2、安排任何一项试验,首先要明确试验的目的是什么?用什么指标来衡量考核的结果?对试验指标可能有影响的因素是什么?为了搞清楚影响因素,应当把因素选择在哪些水平上?

3、指标

就是试验要考核的效果。在正交试验中,主要设计可测量的定量指标,常用X、Y、Z来表示。

4、因素

是指对试验指标可能产生影响的原因。因素是在试验中应当加以考察的重点内容,一般用A、B、C、•• • 来表示。在正交试验中,只选取可控因素参加试验。

5、水平

是指因素在试验中所处的状态或条件。对于定量因素,每一个选定值即为一个水平。水平又叫位级,一般用1、2、3、•• • 来表示。在试验中需要考察某因素的几种状态时,则称该因素为几水平(位级)的因素。

二、正交表

正交表:在设计安排正交试验时制作好的标准化的表格。



1、正交表的性质:

1)、均衡分散性。由于每一列中各种字码出现相同的次数,这就保证了试验条件均衡地分散在配合完全的水平组合中,因而代表性强,容易出现好条件。(效率高)

2)、整齐可比性。由于任意两列中全部有序的数字对出现相同的次数,这就保证了在各个水平的效果之中,最大限度地排除了其他因素的干扰,因而能最有效地进行比较,作出展望。(效果好)

三、常用正交试验设计与分析

常用正交试验设计与分析的步骤如下

1、明确试验目的;

2、确定考察的指标;

3、挑因素,选水平(位级);

4、设计试验方案;

5、实施试验方案;

6、试验结果分析(一般用目测法、极差分析法、画趋势图等);

7、反复调优试验以逼近最优方案;

8、验证试验并通过生产验证确认较优方案。

三、常用正交试验设计与分析-示例

1、明确试验目的

2,4-二硝基苯肼是×× 化工厂生产的一种试剂产品。过去的工艺过程长、工作量大,且产品经常不合格。今采用2,4-二硝基氯代苯(以下简称氯代苯)与水合肼在乙醇作溶剂下合成的新工艺,小试已初步成功,但产率只有45%,希望通过正交试验,找出好的生产条件,达到优质增产的目的。

2、确定考察指标

要考察的指标:产率 (% )、外观 (颜色 )。

3、挑因素、选水平(位级),制定因素水平(位级)表

经分析决定考察乙醇用量、水合肼用量、反应温度、反应时间、水合肼品种、搅拌速度六种等因素,每种因素各选出两个水平(位级)。

4、设计试验方案

1)、因素顺序上列

2)、位级对号入座


5、实施试验方案

6、试验结果分析

1)、直接看,可靠又方便。

产率:    颜色:

2)、算一算,有效又简单。

I =∑ A1, ∑B1, ∑C1,•••;

II=∑ A2, ∑B2, ∑C2,•••;

3)、比极差R:若 R大,表示该列因素对产率的影响敏感,是重要因素;

若R小,表示该列因素对产率的影响不敏感,是不重要因素。

确定因素排序:主→ 次(R:大→小)

4)、比位级:若 I> II,则该列因素的位级1比位级2好;

若I< II,则该列因素的位级2比位级1好。

确定因素的位级或取舍。

6、试验结果分析

1)、“直接看”和“算一算”的关系。

2)、如果生产上急需,通常应优先补充试验“算一算”的好条件。经过验证,如果效果真有所提高,就可将它交付生产上使用。

5)、①倘若验证后的效果比不上“直接看”的好条件,就说明该试验的现象比较复杂。

②还有一种情况是,试验时间较长,等不到验证试验的结果。对于这两种情况,生产上可先用“直接看”的好条件,也可结合具体情况作些修改;与此同时,另行安排试验,寻找更好的条件。

7、反复调优试验,逼近最优方案
1)、挑因素,选位级,制定因素位级表


2)、利用正交表确定试验方案,实施试验方案。

3)、试验结果分析

“直接看“:颜色:-加料速度是影响颜色的重要因素

产率:第2号的产率(86%)最高

试验条件:水合肼用量为理论值的2.3倍,反应时间为2h,慢速加料。

“算一算“:因素(主→次)     水合肼用量       加料速度    时间

好位级               2.3倍           慢          2h

“算一算”的好条件与“直接看”的好条件一致。

运用正交试验法的注意事项:

1)、不应随便选取非正交表进行正交试验。

2)、当选用日本正交表做试验时,则应按日本型正交试验的程序、方法进行试验设计与分析;当选用中国型正交表做试验时,则应按中国型正交试验的程序、方法进行试验设计与分析。二者不能混用。

3)、试验前要确定考察指标,对多项考察指标要分清主次,最好设法(如综合评分)使之变成单项考察指标。

4)、进行正交试验设计时应尽量多考察因素、水平(位级)。

5)、在试验实施的过程中,因素水平(位级)要严格控制在规定的水平(位级)变化精度内。

6)、正交试验设计不是一次简单利用正交表就可以顺利取得成功,而应多次反复利用才能取得较佳效果。

7)、试验结果的测试技术和手段的精度要有保证,计算应正确无误,避免发生分析失误。

文章转自:质量工程师之家

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