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  • 實驗設計方法(DOE)

    上一篇 / 下一篇  2008-08-28 11:29:06/ 個人分類:實驗技術

    1.實驗設計方法的分類

    實驗設計的方法在大學教授的較少,但在實際工作和科研中確有極大的用處,本人根據自己4年工作經驗,將實驗設計方法總結1下,供各位大俠參考。

    實驗設計方法(DOE, design of experiment)通常包括多因子設計(factorial design),反應面設計(response surface design),混合設計(mixture design)和田口設計(正交設計Taguchi design).

    2.實驗設計方法的應用場合

    實驗設計通常用來研究因變量(y)與自變量(x1,x2,x3,.....)的關系。比如某化學反應的轉化率(y)取決于催化劑種類(x1),催化劑濃度(x2),反應溫度(x3),反應物濃度(x4).

    在研究多個自變量(如大于5個)對因變量的影響時,如你做高分子擠出實驗,研究擠出物的拉伸強度與4-5個加熱區的溫度設定之間的關系,我們可以利用多因子設計或者田口設計來做實驗設計,根據實驗結果的Pareto Chart篩選出最重要的影響因子(將5個以上的因素縮小為2-3個)。

    當用前述2種方法篩選出最重要的影響因素之后,我們可以對實驗結果進行優化設計----反應面設計(Response Surface DOE)。比如在研究擠出物的拉伸強度主要取決于第1區T1和第4區的加熱溫度T4后,我們可以做T1, T4反應面設計來優化擠出物的拉伸強度。找出最佳的T1, T4溫度設定區間。

    混合設計對于我們學化學的特別有用,主要用來研究各組分的組成對于產物性能的影響。比如做涂料,涂料有樹脂、填料、助劑、溶劑組成,我們可以用混合設計來研究各組分的百分配比對涂膜附著力的影響。或者舉個更簡單的例子,我們做菜,炒青菜,青菜的口味主要取決于青菜、鹽、味精、油的含量,我們可以用混合設計來找出最佳口味的量。混合設計還可以綜合其他因素來設計,比如炒青菜的口味還取決于火候(加熱時間),我們也可以把火候作為1個因素設計在混合設計中。

    3. 實驗設計的其他方面

    盡管實驗設計有諸多優點,但實驗設計一般要做很多實驗,盡管實驗設計可以給我們帶來很多信息,我們心里還是不想多干活的。比如多因子設計,5個因子,2個水平,我們要做2的5次方32個實驗。2個參數的反應面(Response Surface)設計也要做13次。所以如果想混混日子,沒必要做DOE.

    另外實驗設計前要做很多準備工作,尤其是要對測試方法非常了解。如果測試誤差很大,連性能的提高石油測試誤差引起還是各因素引起都分不清就是浪費時間和金錢了。

    4.實驗設計軟件

    和一些大學交流時,發現他們做正交設計都是用表格,而沒有用專用的設計軟件,覺得可惜,實驗設計和結果分析都耗時,效果卻不怎么好,特推薦1些實驗設計軟件供各大俠參考。

    Minitab 14,里面有DOE設計,包括多因子設計,反應面設計,混合設計和田口 設計。

    S-Plus 7.0,里面也有DOE設計,我沒用過S-Plus 7.0,只用過S-Plus 2000,里面的實驗設計功能好像沒有Minitab強,不知S-Plus 7.0改進了沒有。

    iSIGHT v8.0,里面的實驗設計還可以。


    TAG: 實驗方法設計

     

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